- Docente: Diana Di Gioia
- Crediti formativi: 4
- SSD: AGR/16
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
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Corso:
Laurea in
Economia e marketing nel sistema agro-industriale (cod. 8526)
Valido anche per Laurea in Tecnologie agrarie (cod. 8524)
Laurea in Scienze del territorio e dell'ambiente agro-forestale (cod. 8525)
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà ampliato le conoscenze acquisite dallo studio della microbiologia generale estendendole alle caratteristiche dei gruppi microbici utilizzati nella produzione di energia da biomasse e nella biodegradazione di inquinanti ambientali. Lo studente sarà in grado di applicare tali conoscenze alla gestione di impianti per la produzione di bioenergia e per il biorisanamento di habitat contaminati (acqua, suolo).
Contenuti
A) Prerequisiti
Lo studente che approccia a questo insegnamento è in possesso di
una buona preparazione nei fondamenti della microbiologia generale
agraria e della biochimica agraria. Queste conoscenze di base sono
forniti dagli insegnamenti erogati durante il primo e il secondo
anno del corso di studi.
B) Unità didattiche
Il corso è diviso in 3 Unità didattiche, ognuna delle quali prevede
una parte teorica, svolta mediante lezioni frontali, e una parte
pratica, svolta attraverso visite didattiche e attività di
laboratorio.
1. Approccio allo studio delle
popolazioni microbiche in matrici ambientali (Totale unità
didattica 8 ore)
1.1 Tecniche di analisi di popolazioni microbiche coltura
dipendenti e coltura indipendenti e loro applicazioni per lo studio
di popolazioni microbiche in matrici complesse. Applicazioni della
microscopia a fluorescenza e confocale laser nello studio di
matrici ambientali.
1.2 Visita ai laboratori di microbiologia presenti nel
Dipartimento di Scienze Agrarie per una visione e descrizione
dell'impiego delle strumentazioni trattate in linea teorica nel
punto 1.1 (4 ore).
Conoscenze acquisite nell'unità didattica 1:
Lo studente è in grado di decidere la tecnica più opportuna per la
caratterizzazione microbica di una matrice ambientale.
2. Applicazione dei microrganismi per
la produzione di bioenergie e di bioplastiche (Totale unità
didattica 20 ore)
2.1 Produzione di biogas: i microrganismi come agenti della
metanogenesi in habitat anaerobici. I substrati per la
metanogenesi. I bioreattori per la metanogenesi: a cellule libere,
a cellule immobilizzate, a letto espanso e fluidizzato, reattori
UASB, reattori a due stadi. Processi in mesofilia e
termofilia.
2.2 Produzione di bioetanolo: Saccharomyces cerevisiae e Zymomonas
mobilis come agenti biologici, vantaggi e svantaggi dei due
processi. Bioetanolo di prima e seconda generazione, processi di
pre-trattamento dell'amido e dei materiali lignocellulosici.
Produzione di bioetanolo da zuccheri e da amido in lievito:
processi in batch e in continuo.
2.3 Produzione di bioidrogeno: microrganismi utilizzati, le
idrogenasi. Produzione di idrogeno per via fermentativa al buio:
fermentazione acido-mista e fermentazione butirrica, bioreattori
per la produzione di idrogeno con fermentazione al buio. Produzione
di idrogeno da microrganismi fotosintetici : le microalghe verdi, i
cianobatteri, i batteri rossi non sulfurei. Cenni ai
fotobioreattori per la coltivazione delle microalghe.
2.4 Produzione di bioplastiche: plastiche di sintesi,
plastiche biodegradabili; concetto di biodegradabilità e di
compostabilità. L'acido polilattico: produzione, ruolo dei batteri
lattici, proprietà. Biopolimeri a base di amido: produzione e uso.
I poliidrossialcanoati: il PHB, produzione di PHA da colture pure,
miste e da sottoprodotti/prodotti di scarto.
2.5 Visita didattica ad un digestore anaerobico nella
provincia di Bologna alimentato con deiezioni animali e biomasse (4
ore).
Conoscenze acquisite nell'unità didattica 2:Conoscenza dei
principali gruppi microbici coinvolti nella produzione di
bioenergie, Conoscenza di base degli impianti che prevedono
l'impiego di microrganismi per la produzione di bioenergie,
Conoscenza dei principali processi per la produzione di
bioplastiche.
3. Applicazione dei microrganismi per
il risanamento ambientale (Totale unità didattica 12 ore)
3.1 Il comparto suolo: applicabilità del biorisanamento,
biodegradabilità e tossicità degli inquinanti organici ed
inorganici, distribuzione degli inquinanti nel suolo, potenzialità
dei microrganismi nella degradazione degli inquinanti nel suolo.
Tecnologie di biorisanamento in situ, on site and ex situ:
bioattenuazione, biorisanamento accelerato, bioaugmentation,
bioventilazione, biospargimento, landfarming e biopile,
fitorisanamento, trattamento in bioreattori.
3.2 Il comparto acqua: applicabilità dei microrganismi
nei processi di biorisanamento delle acque, biodegradabilità degli
inquinanti, trattamenti primari, secondari e terziari con
particolare riferimento ai trattamenti secondari biologici. La
microbiologia dei fanghi attivi e ruolo dei microrganismi in questo
processo. Processi a cellule libere e immobilizzate: letti e filtri
percolatori, i biodischi. Trattamento dei fanghi residuali e
digestione anaerobica.
Conoscenze acquisite nell'unità didattica
3: Conoscenza dei principali gruppi microbici coinvolti nel
risanamento ambientale, Conoscenza di base delle tecnologie che
prevedono l'impiego di microrganismi per il trattamento di acque e
suoli contaminati.
Testi/Bibliografia
Fondamentale sarà l'utilizzo di materiale proiettato dal docente e
reso disponibile agli studenti e degli appunti di lezione. Alcuni
aspetti sono trattati in:
B. Biavati, C. Sorlini, Microbiologia agroambientale, Casa Editrice
Ambrosiana, Milano, 2007.
Metodi didattici
Il corso è diviso in 3 Unità didattiche, ognuna delle quali prevede
una parte teorica, svolta mediante lezioni frontali, e una parte
pratica, svolta attraverso visite didattiche e attività di
laboratorio.
1) Didattica frontale: attraverso le lezioni frontali in aula lo
studente acquisirà familiarità coi processi microbiologici
coinvolti nella produzione di bioenergie, bioplastiche e nella
biodegradazione di inquinanti ambientali. Sarà inoltre in
grado di applicare le conoscenze microbiologiche acquisite nella
gestione di impianti per la produzione di bioenergia e per il
risanamento di habitat contaminati (acqua, suolo)
2) Esercitazioni e visite didattiche: lo studente si inserirà in
problematiche reali per verificare le capacità d'applicazione delle
conoscenze acquisite nel settore della microbiologia
applicata.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento dell'insegnamento di Microbiologia Applicata al Risanamento Ambientale e alle Bioenergie avviene attraverso un esame finale scritto della durata di 2 ore. Saranno poste domande aperte riguardanti gli argomenti svolti nelle lezioni dell'insegnamento, sia teorici che pratici, inseriti nelle tre Unità Didattiche che fanno parte del corso (Approccio allo studio delle popolazioni microbiche in matrici ambientali; Applicazione dei microrganismi per la produzione di bioenergie e di bioplastiche; Applicazione dei microrganismi per il risanamento ambientale). Sarà chiaramente indicato il punteggio massimo acquisibile in ciascuno dei quesiti posti ed il punteggio minimo richiesto per ritenere valido l'esame.
Gli studenti che desiderano sostenere l'esame in lingua inglese devono richiederlo al docente almeno due giorni prima dell'esame.
Strumenti a supporto della didattica
Per la didattica frontale si utilizzeranno PC, videoproiettore e
lavagna tradizionale. Le esercitazioni di laboratorio avranno luogo
nei laboratori didattici del Dipartimento di Scienze Agrarie.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Diana Di Gioia