Combustione e formazione del carbone

Introduzione

• Il corso tratta di bioenergie e biocarburanti.
• L'anno accademico è il 2023/2024.
• Gli autori sono Roberto Bassi, Stefano Cazzaniga ed Edoardo Andrea Cutolo.

Lezione 1

• La bioenergia è l'energia fornita da organismi fotosintetici sotto forma di biomassa, in alternativa ai combustibili fossili non rinnovabili.
• Può essere convertita in carburanti come carburante per aerei, benzina e diesel.
• La biomassa è la frazione biodegradabile di origine biologica proveniente da agricoltura, silvicoltura, industrie connesse, pesca e acquacoltura, e dai rifiuti industriali e urbani.
• La direttiva (UE) del 2018 comprende varie forme di energia rinnovabile, tra cui solare, eolica, geotermica e biomassa.

Lezione 2

• I requisiti energetici sono distribuiti, per circa, fra trasporti, industrie e abitazioni.
• I combustibili fossili sono la principale fonte di energia in molti settori.
• Il cambiamento climatico e la sicurezza energetica spingono verso le rinnovabili.

Lezione 3

• La combustione è un processo chimico in cui un materiale reagisce con l'ossigeno, producendo calore e calore, e sostanze gassose calde.
• Sono necessarie combustibile, comburente e una sorgente di energia termica.
• I combustibili fossili sono risorse energetiche derivanti da processi di trasformazione di sostanze organiche ricche di carbonio, sepolte milioni di anni fa. Sono esempi il Carbone, il Petrolio (e i suoi derivati), il Gas naturale.
• Il carbone domina lo scenario energetico mondiale dal 1780 fino al 1970 e ancora prima, coprendo il 29% di tutti i consumi primari.

Lezione 4

• Le miniere di carbone possono essere a cielo aperto o sotterranee.
• I diversi tipi di carbone sono torba, lignite, litantrace e antracite.
• Il petrolio greggio è una miscela di idrocarburi.
• Il processo di formazione del petrolio è durato milioni di anni.
• Il petrolio deve essere raffinato per essere utilizzato come carburante o materie prime industriali.

Lezione 5

• La raffinazione del petrolio separa le diverse frazioni in base a diverse proprietà fisiche come i diversi punti di ebollizione.
• Il cracking è il processo di decomposizione di molecole più grandi in molecole più piccole.
• Il gas naturale è un combustibile fossile composito principalmente dal metano.
• L'estrazione del metano avviene attraverso la produzione di tubazioni sotterranee dette gasdotti e metanodotti.

Lezione 6

• I principali fattori trainanti verso la transizione verso l'uso di bioenergia e biocarburanti sono il cambiamento climatico, la sicurezza energetica e la dipendenza politica da altri paesi, come lo spostamento dalla dipendenza dal petrolio.

Lezione 7

• La biomasse e le bioraffinerie sono parte di un sistema integrato che possono usare le alghe o altri scarti industriali.
• Ci sono tre tipologie di bioraffinerie: fase 1, fase 2 e fase 3.
• Le bioraffinerie di fase 1 usano una sola materia prima e un unico processo. Le bioraffinerie di fase 2 usano più materie prime e un processo più flessibile.

Lezione 8

• Il miglioramento della conversione della luce in biomassa è fondamentale per sostenere la produzione di biocarburanti.
• Le microalghe hanno un grande potenziale per la produzione di biodiesel.
• L'efficacia della conversione della luce in biomassa dipende da fattori come tipo di specie di microalghe, condizioni di crescita e tecniche di coltivazione.

Lezione 9

• Le microalghe possono essere classificate in base al regno, all'habitat di crescita e alle dimensioni della cellula.
• Ci sono anche altri metodi per la classificazione delle microalghe come l'aggregazione e la riproduzione.
• A scala industriale, il più importante criterio di classificazione è quello per dimensioni (macro- e microalghe).

Lezione 10

• Le microalghe hanno un ciclo di vita sia sessuata sia asessuata.
• Le alghe presentano una notevole variabilità genetica.
• La Fotosintesi sfrutta la luce per convertire elementi nutritivi in biomassa.

Lezione 11

• I cloroplasti sono i siti della fotosintesi nelle cellule vegetali.
• I fotosistemi I e II sono responsabili della conversione della luce in energia chimica.
• I principali complessi fotosintetici sono il fotosistema I e il fotosistema II, e il citocromo b6f.

Lezione 12

• La quantità di luce assorbita influenza la produttività della microalga.
• L'importanza dei pigmenti è strategico per l'assorbimento della luce.
• I carotenoidi ampliano la banda di assorbimento di luce.

Lezione 13

• I metodi per migliorare l'efficacia della conversione della luce in biomassa a livello tecnologico e biologico.
• Le lipasi possono essere utilizzate per aumentare l'efficienza della conversione della luce in biomassa a livello tecnologico, e questo dovrebbe generare delle soluzioni migliori rispetto quelle a base di acidi e basi.
• Vari metodi di screening delle mutazioni per lipasi; screening per vari parametri termici ed/o in solventi.
• Processi industriali per migliorare le lipasi.

Lezione 14

• La stabilità termica è un fattore importante da considerare per le lipasi.
• Metodi per migliorarla.
• Potere lubrificante di biocarburanti.
• I diversi possibili metodi di impurificazione e neutralizzazione per ottenere biodiesel pulito.

Lezione 15

• L’efficienza della conversione enzimatica influisce sulla velocità.
• I possibili metodi per migliorare la conversione in biodisel.
• Le micro-alghe sono un'alternativa per la cattura del CO2 e in questo caso la conversione varia a seconda dello stato dell’acqua.