Course Syllabus
Obiettivi
Il corso fornisce le conoscenze e le basi metodologiche per conoscere e comprendere i principi che definiscono una produzione sostenibile e che suguono i concetti della chimica sostenibile e/o ‘verde’. Il corso presenta i concetti di base, ovvero i 12 principi della Green Chemistry, e le loro manifestazioni nel mondo reale, sotto forma di processi e pratiche moderne nella ricerca e sviluppo, nonché nella produzione all'interno delle aree che si basano su o comprendono trasformazioni chimiche delle resore sostenibile, sia naturali, sia sintetici in forma dei Novel Entities, anche a traversa una discussione dei processi di riciclo / ricupero.
Conoscenza e capacità
Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito una buona conoscenza:
• I principali parametri da valutare per definire un processo a basso impatto ambientale.
• La Green Chemistry.
• Le connessioni tra processi sostenibili e/o green e l'economia circolare.
• Le sfide scientifiche connesse al passaggio da un'economia basata sul petrolio a una bioeconomia.
• L'idea e realizzazione della biorafineria e la generazione dei Platform Chemicals da fonti rinnovabili.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:
• applicare i concetti Green Chemistry appresi nel corso che costituiscono la base dello sviluppo sostenibile.
• giudicare se un processo si qualifica come ‘green’ e/o sostenibile.
• descrivere i mezzi di lavorazione sostenibile.
• comprendere il concetto della bioraffineria, le possibilità e le sfide attuale nel campo.
Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:
• applicare le conoscenze acquisite in vari contesti.
• trasferire i concetti e gli approcci introdotti in un determinato contesto in ambiti connessi.
• elaborare i concetti di lavorazione sostenibile e green discussi nel corso.
• analizzare le fasi della vita di un prodotto o di un processo.
• valutare criticamente i risultati ottenuti dall'applicazione dei modelli.
• individuare possibili interventi per ridurre gli impatti.
Abilità comunicative
Al termine del corso lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:
• analizzare un problema di chimica in modo chiaro e conciso.
• spiegare oralmente con un linguaggio adeguato gli obiettivi, le modalità e i risultati delle elaborazioni effettuate.
Capacità di apprendere
Alla fine del corso lo studente dovrebbe essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso, e di comprendere come gli argomenti inerenti alla sostenibilità sono trattati nella letteratura scientifica e affrontati nel mondo produttivo.
Contenuti sintetici
• I concetti della Green Chemistry e della chimica sostenibile, i loro punti in comune e le loro differenze.
• Il concetto di bioraffineria per la produzione di materie prime sostenibili.
• Uso responsabile e sostenibile di risorse non rinnovabili come i metalli, aspetti del riciclo nell'ambito di un'economia circolare.
• La reattività dei composti chimici nell'ambiente.
• Processi sostenibili per la produzione di materiali standard, prodotti chimici per piattaforme e materiali performanti.
• Processi sostenibili nel campo della chimica per la produzione di prodotti chimici.
• Sostenibilità nel campo dei nanomateriali.
• Processi di riciclo.
Programma esteso
• Evoluzione della sostenibilità nelle sintesi industriali sulla base di esempi selezionati.
• Evoluzione dei concetti della Green Chemistry e della chimica sostenibile.
• Punti comuni e differenze tra chimica 'verde' e chimica sostenibile.
• Descrizione delle principali risorse rinnovabili idonee a sostituire il petrolio come principale fonte di materia prima per l'industria chimica con particolare riferimento alla struttura dei materiali lignocellulosici.
• Il concetto di bioraffineria con esempi e applicazioni, anche alla luce della economia circolare.
• Sintesi di prodotti chimici da fonti rinnovabili con processi sostenibili.
• Concetti sostenibili e/o ‘verdi’ per l'esecuzione di reazioni chimiche, ad esempio la chimica a flusso.
• Processi sostenibili nei campi correlati alla chimica: dispositivi point-of-care, organ-on-a-chip, organismi modello.
• Sintesi e vantaggi di nanomateriali sostenibili e aspetti normativi associati.
• Sintesi di nuovi materiali biodegradabili e non biodegradabili a partire da fonti rinnovabili con processi sostenibili.
• Riciclo, downcycling e upcycling come strumenti per l'economia circolare.
• L'integrazione dei processi sostenibili all'interno dell'economia circolare e la loro costruzione.
• Descrizione delle sfide legate ai processi di riciclo e al riutilizzo di vari materiali, con esempi dei processi di riciclo dei materiali organici e dei materiali inrganici; concetto di urban mining.
• Attività minerarie sostenibili.
• Distribuzione di elementi in vari ambienti utilizzando cicli (antro)biogeochimici.
• Casi di studio.
Prerequisiti
• Conoscenze di base di chimica organica ed inorganica.
Modalità didattica
• 3 CFU di lezioni teoriche in aula (24 ore):
-> 10 lezioni da 2 ore in presenza, Didattica Erogativa;
-> 2 lezioni da 2 ore in presenza, lettura di articoli scientifici e discussione in aula, Didattica Interattiva / Mista / Seminar.
• Casi di studio, da preparare durante le lezioni dagli studenti in gruppi secondo vari schemi, con discussioni finali insieme.
Materiale didattico
• M. Aresta, A. Dibenedetto, F. Dumeignil
Biorefineries – An introduction
De Gruyter
• P.T. Anastas
Green Chemistry - Theory and Practice
Oxfod University Press
• copia delle slide
• appunti mostrati durante le lezioni e materiale aggiuntivo su argomenti selezionati, ovvero articoli scientifici, resi disponibili sul sito e-learning del corso.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
I semestre (ottobre a gennaio)
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame finale consiste in una prova orale alla fine del corso, con votazione tra 18-30/30 e lode, che consiste nella discussione di vari argomenti discussi durante le lezioni, collegando i concetti ad un processo industriale o ad un nuovo processo di bioraffineria o green chemistry presentato in una revista scientifica, per arrivare ad una critica valutazione del processo presentato dal punto di vista della sostenibilita' complessiva.
La discussione dell'esame si base su una breve presentazione powerpoint di durata 10 minuti che deve essere preparata dallo studente per l'esame; l'articolo e/o la documentazione del processo da valutare sara' inviato allo studente una settimana prima dell'esame.
Il punteggio finale sarà compreso tra 18/30 e 30/30 e lode, sulla base della valutazione complessiva, tenendo conto dei seguenti criteri:
conoscenza concettuale e capacità di comprensione
capacità di applicare conoscenza e comprensione
capacità comunicative e argomentative
capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione
Votazione < 18
Conoscenza e Comprensione: Lo studente identifica solo parzialmente le caratteristiche dei concetti. Le connessioni tra i concetti risultano frammentarie e scarsamente supportate da conoscenze teoriche.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente individua solo alcuni elementi rilevanti in un fenomeno, senza riuscire a integrarli in un’analisi organica.
Capacità comunicative e argomentative: Nella prova orale lo studente elabora un’argomentazione essenziale, priva di articolazione logica e caratterizzata da numerose imprecisioni espositive.
Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione: Lo studente riesce a ricostruire solo alcuni aspetti del proprio percorso di apprendimento e sviluppo professionale.
Votazione 18-22
Conoscenza e Comprensione: Lo studente riconosce e restituisce la maggior parte delle caratteristiche concettuali e riesce a fornirne una spiegazione relativamente coerente, sebbene con qualche imprecisione. I riferimenti teorici sono presenti ma non sempre in modo rigoroso.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente è in grado di riconoscere un numero significativo di elementi e di fornire una spiegazione parziale, pur evidenziando alcune lacune nell’analisi.
Capacità comunicative e argomentative: Nella prova orale lo studente costruisce un’argomentazione di base, dotata di una struttura minima ma con alcune imprecisioni.
Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione: Lo studente dimostra una consapevolezza di base del proprio percorso di apprendimento, riuscendo a tracciare collegamenti essenziali tra le esperienze formative, sebbene con alcune imprecisioni.
Votazione 23-27
Conoscenza e Comprensione: Lo studente dimostra una comprensione approfondita delle caratteristiche concettuali. Nella prova orale le spiegazioni risultano ben articolate e supportate da un uso adeguato dei riferimenti teorici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente individua con precisione gli elementi essenziali di un fenomeno. L’applicazione delle conoscenze avviene con un rigore metodologico non sempre solido.
Capacità comunicative e argomentative: Nella prova orale lo studente sviluppa un’argomentazione coerente e ben organizzata, dimostrando una buona padronanza del linguaggio e una struttura logico-argomentativa solida. La comunicazione risulta chiara ed efficace.
Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione: Lo studente analizza il proprio percorso di apprendimento in modo chiaro e strutturato, mettendo in evidenza relazioni significative tra le diverse tappe evolutive e dimostrando una buona capacità di riflessione critica.
Votazione 28-30
Conoscenza e Comprensione: Lo studente evidenzia una padronanza completa dei concetti, articolando connessioni complesse e fornendo spiegazioni esaustive. I riferimenti teorici sono utilizzati con pertinenza e rigore.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente evidenzia una capacità avanzata di analisi di un fenomeno, individuando e interpretando in modo esaustivo tutti gli elementi salienti. L’applicazione delle conoscenze avviene con rigore metodologico, supportato da un’argomentazione solida e articolata.
Capacità comunicative e argomentative: Nella prova orale lo studente elabora un’argomentazione solida e articolata, con un impianto logico rigoroso e un elevato livello di coerenza testuale. Il discorso è fluido e ben strutturato.
Capacità di apprendimento, di autovalutazione e di autoregolazione: Lo studente evidenzia una capacità avanzata di autoriflessione, elaborando un’analisi articolata e approfondita del proprio percorso di apprendimento e sviluppo professionale. Le connessioni tra esperienze formative e concetti teorici risultano chiare, coerenti e rigorose.
Orario di ricevimento
Sempre, preferibilmente previo appuntamento per telefono o e-mail.
Sustainable Development Goals
Aims
The course provides the knowledge and methodological foundations for understanding the principles that define sustainable production and that follow the concepts of sustainable and/or "green" chemistry. The course presents the basic concepts, namely the 12 principles of Green Chemistry, and their real-world manifestations in the form of modern processes and practices in research and development, as well as in production within areas that rely on or include chemical transformations of sustainable resources, both natural and synthetic in the form of Novel Entities, including through a discussion of recycling/recovery processes.
Knowledge and Skills
Upon completion of the course, students should demonstrate a solid understanding of:
• The main parameters to evaluate to define a low environmental impact process.
• Green Chemistry.
• The connections between sustainable and/or green processes and the circular economy.
• The scientific challenges associated with the transition from a petroleum-based economy to a bioeconomy.
• The concept and implementation of the biorefinery and the generation of platform chemicals from renewable sources.
Applied knowledge and understanding
At the end of the course, students will demonstrate the ability to:
• apply the Green Chemistry concepts learned in the course, which form the basis of sustainable development.
• judge whether a process qualifies as 'green' and/or sustainable.
• describe sustainable processing methods.
• understand the concept of the biorefinery and the current opportunities and challenges in the field.
Making judgments
At the end of the course, students will demonstrate the ability to:
• apply the knowledge acquired in various contexts.
• transfer the concepts and approaches introduced in a given context to related fields.
• elaborate on the concepts of sustainable and green processing discussed in the course.
• analyze the life stages of a product or process.
• critically evaluate the results obtained from the application of models.
• identify possible interventions to reduce impacts.
Communication Skills
By the end of the course, students should demonstrate the ability to:
• analyze a chemistry problem clearly and concisely.
• explain orally, using appropriate language, the objectives, methods, and results of the calculations performed.
Learning Ability
By the end of the course, students should be able to apply the knowledge acquired to contexts other than those presented during the course and understand how sustainability topics are addressed in the scientific literature and in the manufacturing industry.
Contents
• The concepts of Green Chemistry and sustainable chemistry, their similarities and differences.
• The concept of biorefinery for the production of sustainable raw materials.
• Responsible and sustainable use of non-renewable resources such as metals, aspects of recycling within a circular economy.
• The reactivity of chemical compounds in the environment.
• Sustainable processes for the production of standard materials, platform chemicals, and high-performance materials.
• Sustainable processes in the field of chemistry for the production of chemical products.
• Sustainability in the field of nanomaterials.
• Recycling processes.
Detailed program
• Evolution of sustainability in industrial syntheses based on selected examples.
• Evolution of the concepts of Green Chemistry and sustainable chemistry.
• Similarities and differences between 'green' chemistry and sustainable chemistry.
• Description of the main renewable resources suitable for replacing petroleum as the main source of raw materials for the chemical industry, with particular reference to the structure of lignocellulosic materials.
• The concept of biorefinery with examples and applications, also in light of the circular economy.
• Synthesis of chemicals from renewable sources with sustainable processes.
• Sustainable and/or 'green' concepts for carrying out chemical reactions, such as flow chemistry.
• Sustainable processes in chemistry-related fields: point-of-care devices, organ-on-a-chip, model organisms.
• Synthesis and advantages of sustainable nanomaterials and associated regulatory aspects.
• Synthesis of new biodegradable and non-biodegradable materials from renewable sources with sustainable processes.
• Recycling, downcycling, and upcycling as tools for the circular economy.
• The integration of sustainable processes within the circular economy and their implementation.
• Description of the challenges associated with recycling and reuse processes for various materials, with examples of recycling processes for organic and inorganic materials; the concept of urban mining.
• Sustainable mining activities.
• Distribution of elements in various environments using (anthropo)biogeochemical cycles.
• Case studies.
Prerequisites
• Basic knowledge of organic and inorganic chemistry and biology.
Teaching form
• 3 CFUs of theoretical lessons in the classroom (48 hours):
-> 10 two-hour lectures, in person, Delivered Didactics;
-> 2 two-hour lectures, in person, reading and discsussing scientific articles in aula, Mixed / interactive Didattics / Seminar.
• Case studies, to be prepared during the lessons by the students in groups according to various schemes, with final discussions together.
Textbook and teaching resource
• M. Aresta, A. Dibenedetto, F. Dumeignil
Biorefineries – An introduction
De Gruyter
• P.T. Anastas
Green Chemistry - Theory and Practice
Oxfod University Press
• slides
• notes shown during lectures and additional material on selected topics, i.e., scientific articles, made available on the e-learning website of the course.
Semester
I semester (October - January)
Assessment method
The final exam consists of an oral exam at the end of the course, with a score between 18-30/30 cum laude, which consists of the discussion of various topics discussed during the lessons, linking the concepts to an industrial process or to a new biorefinery or green chemistry process presented in a scientific article, to arrive at a critical evaluation of the presented process from the point of view of overall sustainability.
The discussion of the exam is based on a short 10-minute powerpoint presentation that must be prepared by the student for the exam; the article and / or documentation of the process to be evaluated will be sent to the student one week before the exam.
The final score will range from 18/30 to 30/30 with honors, based on the overall assessment, taking into account the following criteria:
conceptual knowledge and understanding
ability to apply knowledge and understanding
communication and argumentation skills
learning, self-assessment, and self-regulation skills
Grade < 18
Knowledge and Understanding: The student only partially identifies the characteristics of the concepts. The connections between the concepts are fragmented and poorly supported by theoretical knowledge.
Ability to apply knowledge and understanding: The student identifies only a few relevant elements in a phenomenon, unable to integrate them into a coherent analysis.
Communication and Argumentation Skills: In the oral exam, the student develops a basic argument, lacking logical structure and characterized by numerous expository inaccuracies.
Learning, self-assessment, and self-regulation skills: The student is able to reconstruct only some aspects of their learning and professional development journey.
Grade 18-22
Knowledge and Understanding: The student recognizes and explains most of the conceptual features and is able to provide a relatively coherent explanation, albeit with some inaccuracies. Theoretical references are present but not always rigorously.
Ability to apply knowledge and understanding: The student is able to recognize a significant number of elements and provide a partial explanation, while highlighting some gaps in the analysis.
Communication and argumentation skills: In the oral exam, the student constructs a basic argument, with a minimal structure but with some inaccuracies.
Learning, self-assessment, and self-regulation skills: The student demonstrates a basic awareness of their learning path, managing to draw essential connections between learning experiences, albeit with some inaccuracies.
Grade 23-27
Knowledge and Understanding: The student demonstrates a thorough understanding of conceptual characteristics. In the oral exam, explanations are well-articulated and supported by an appropriate use of theoretical references.
Ability to apply knowledge and understanding: The student accurately identifies the essential elements of a phenomenon. The application of knowledge occurs with methodological rigor that is not always solid.
Communication and argumentation skills: In the oral exam, the student develops a coherent and well-organized argument, demonstrating good command of language and a solid logical-argumentative structure. Communication is clear and effective.
Learning, self-assessment, and self-regulation skills: The student analyzes his or her learning journey in a clear and structured manner, highlighting significant relationships between the various developmental stages and demonstrating a good capacity for critical reflection.
Grade 28-30
Knowledge and Understanding: The student demonstrates a thorough mastery of concepts, articulating complex connections and providing comprehensive explanations. Theoretical references are used with relevance and rigor.
Ability to apply knowledge and understanding: The student demonstrates an advanced ability to analyze a phenomenon, comprehensively identifying and interpreting all salient elements. Knowledge is applied with methodological rigor, supported by solid and detailed argumentation.
Communication and argumentation skills: In the oral exam, the student develops a solid and detailed argument, with a rigorous logical structure and a high level of textual coherence. The presentation is fluent and well-structured.
Learning, self-assessment, and self-regulation skills: The student demonstrates an advanced capacity for self-reflection, developing a detailed and in-depth analysis of their learning and professional development journey. The connections between learning experiences and theoretical concepts are clear, coherent, and rigorous.
Office hours
Always, after scheduling an appointment via phone or e-mail.
