Combustione e formazione del carbone
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Questions and Answers

Quale dei seguenti è un esempio del ruolo del comburente nel processo di combustione?

  • Il rilascio di energia termica.
  • La formazione di torba.
  • La trasformazione in minerali.
  • L'ossidazione del combustibile. (correct)
  • Qual è la principale trasformazione energetica che avviene quando si brucia il carbone per alimentare una macchina a vapore?

  • Energia eolica in energia termica.
  • Energia termica in energia chimica.
  • Energia termica in lavoro meccanico. (correct)
  • Energia chimica in energia elettrica.
  • Quale processo geologico è fondamentale per la formazione del carbone fossile?

  • Fusione di rocce metamorfiche ad alta temperatura.
  • Erosione e sedimentazione di rocce vulcaniche.
  • Cristallizzazione di minerali in soluzioni idrotermali.
  • Trasformazione di sostanze organiche in ambienti privi di ossigeno. (correct)
  • Quali condizioni ambientali favoriscono la formazione della torba, precursore del carbone fossile?

    <p>Paludi e acquitrini con accumulo di materiale vegetale. (A)</p> Signup and view all the answers

    Qual è la principale differenza tra torba, lignite, litantrace e antracite?

    <p>Il periodo di formazione e il contenuto di carbonio. (B)</p> Signup and view all the answers

    In quale tipo di miniera è più probabile trovare carbone negli strati superficiali di roccia?

    <p>Miniera a cielo aperto o cava. (D)</p> Signup and view all the answers

    Se una centrale termoelettrica abbandonasse l'uso del carbone a favore di fonti rinnovabili, quale impatto significativo si verificherebbe sull'ambiente?

    <p>Diminuzione delle emissioni di gas serra. (C)</p> Signup and view all the answers

    Considerando l'evoluzione storica dell'uso del carbone, quale fattore ha determinato il suo declino in Europa?

    <p>La crescente consapevolezza degli impatti ambientali e la transizione verso fonti più pulite. (C)</p> Signup and view all the answers

    Quale fase del ciclo a quattro tempi è l'unica a generare direttamente il movimento del pistone?

    <p>Scoppio (D)</p> Signup and view all the answers

    In un motore a quattro tempi, cosa rappresenta l'area interna al ciclo dal punto di vista energetico e termodinamico?

    <p>Il lavoro utile prodotto dal ciclo (C)</p> Signup and view all the answers

    Qual è il principale svantaggio dei motori a due tempi rispetto a quelli a quattro tempi, in termini di efficienza della combustione?

    <p>Combustione incompleta e perdita di carburante (A)</p> Signup and view all the answers

    Cosa significa che un motore a due tempi ha una 'più alta potenza specifica'?

    <p>Eroga più potenza a parità di dimensioni e peso rispetto a un motore a quattro tempi (B)</p> Signup and view all the answers

    Se un motore a quattro tempi compie un ciclo completo ogni due giri dell'albero motore, ogni quanti giri un motore a due tempi compie un ciclo completo?

    <p>Ogni giro (A)</p> Signup and view all the answers

    Qual è la principale ragione per cui i motori a due tempi sono spesso impiegati per piccole cilindrate?

    <p>Sono più leggeri e compatti (D)</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'obiettivo principale degli accordi sul clima di Parigi del 2015 riguardo all'aumento della temperatura media globale?

    <p>Mantenere l'aumento sotto i 2°C rispetto all'era industriale, puntando idealmente a un aumento massimo di 1.5°C. (C)</p> Signup and view all the answers

    Quale percentuale delle riserve di carbone, petrolio e gas dovrebbe rimanere inutilizzata per raggiungere gli obiettivi climatici globali?

    <p>Il 70% del carbone e un terzo del petrolio e del gas. (A)</p> Signup and view all the answers

    In quale settore si riscontra la minore integrazione di fonti di energia rinnovabile?

    <p>Trasporti (C)</p> Signup and view all the answers

    Quale delle seguenti affermazioni descrive meglio la situazione attuale del consumo di energia e delle emissioni di CO2 tra i paesi sviluppati e quelli in via di sviluppo?

    <p>I paesi sviluppati consumano molta più energia pro capite ed emettono più CO2 rispetto ai paesi in via di sviluppo. (B)</p> Signup and view all the answers

    Cosa prevede l'accordo Cop26 in termini di riduzione delle emissioni di anidride carbonica?

    <p>Un taglio del 45% delle emissioni entro il 2030 rispetto ai livelli del 2010. (B)</p> Signup and view all the answers

    Qual è la fonte principale di energia rinnovabile utilizzata nel settore dei trasporti?

    <p>Biocarburanti ottenuti da biomasse (C)</p> Signup and view all the answers

    Quale tra i seguenti paesi ha l'obiettivo più ambizioso di raggiungere zero emissioni nette?

    <p>Germania (B)</p> Signup and view all the answers

    Quale delle seguenti affermazioni descrive meglio la natura multidisciplinare delle bioraffinerie?

    <p>Necessitano di operatori con competenze diversificate come agronomi, chimici e biotecnologi. (B)</p> Signup and view all the answers

    Cosa ha causato principalmente l'effetto serra e il conseguente riscaldamento dell'atmosfera terrestre?

    <p>L'aumento delle emissioni di anidride carbonica. (C)</p> Signup and view all the answers

    Qual è il principale motore che, attualmente, guida lo sviluppo delle bioraffinerie, superando l'idea iniziale di sostituzione dei combustibili fossili?

    <p>L'impronta ambientale e la necessità di processi sostenibili. (A)</p> Signup and view all the answers

    Quale impatto negativo sulla biodiversità è specificamente menzionato in relazione alla produzione di biocarburanti?

    <p>La deforestazione per fare spazio a monocolture come l'olio di palma. (B)</p> Signup and view all the answers

    In che modo l'impronta idrica della produzione di biocarburanti si confronta con quella della produzione di petrolio?

    <p>È circa tre volte superiore, sollevando preoccupazioni sulla sostenibilità idrica. (B)</p> Signup and view all the answers

    Quale strategia viene indicata per mitigare l'elevato consumo di acqua associato alla produzione di biocarburanti?

    <p>Lo spostamento verso colture non dedicate o microalghe. (C)</p> Signup and view all the answers

    Secondo il testo, quanta acqua è richiesta approssimativamente per produrre 1 gallone di bioetanolo (esclusa la coltivazione)?

    <p>4 galloni di acqua. (C)</p> Signup and view all the answers

    Qual è il principale rischio socio-economico associato all'utilizzo di prodotti alimentari come materie prime per i biocarburanti?

    <p>Il dirottamento dei terreni coltivati dalla produzione di alimenti allaa produzione di biocarburanti e l'aumento dei prezzi alimentari. (B)</p> Signup and view all the answers

    Quali fattori influenzano la quantità di acqua consumata nella produzione e nell'uso del bioetanolo?

    <p>I tipi di colture, il clima, le caratteristiche del suolo, il volume di produzione e l'uso del combustibile. (C)</p> Signup and view all the answers

    Quale parametro definisce l'accendibilità di un combustibile Diesel?

    <p>Il numero di Cetano, determinato comparando il ritardo all'accensione con miscele di riferimento su un motore CFR Diesel. (C)</p> Signup and view all the answers

    Come influenzano i doppi legami e gli atomi di ossigeno le caratteristiche dei carburanti?

    <p>Influiscono sensibilmente sulle caratteristiche dei carburanti. (B)</p> Signup and view all the answers

    Qual è un vantaggio dei biocarburanti rispetto ai carburanti fossili in termini di emissioni?

    <p>Minore rilascio di monossido di carbonio, anidride carbonica, PM, anidride solforosa e VOC. (C)</p> Signup and view all the answers

    Quale problematica è associata all'uso di biocarburanti per quanto riguarda le emissioni di NOx?

    <p>I biocarburanti possono rilasciare più NOx rispetto ai carburanti tradizionali a causa della presenza di azoto nelle molecole. (C)</p> Signup and view all the answers

    Perché la volatilità è una proprietà importante dei combustibili?

    <p>Influenza l'avviamento a freddo, l'accelerazione e il funzionamento del circuito di alimentazione. (D)</p> Signup and view all the answers

    Quale percentuale di gasolio dovrebbe distillare al di sotto dei 230°C per garantire un buon avviamento a freddo in motori veloci?

    <p>Circa il 30% (A)</p> Signup and view all the answers

    Cosa può causare un combustibile troppo volatile nel contesto della combustione?

    <p>Una miscelazione insoddisfacente con l'aria a causa della rapida evaporazione. (B)</p> Signup and view all the answers

    In che modo la volatilità del Diesel influisce sull'evoluzione dello spray in camera di combustione?

    <p>Influenza la vaporizzazione delle gocce e il miscelamento tra aria e combustibile. (B)</p> Signup and view all the answers

    Quale dei seguenti processi è essenziale per l'accensione del carburante in un motore diesel?

    <p>La compressione dell'aria a temperature e pressioni elevate. (C)</p> Signup and view all the answers

    Come viene controllata la potenza di un motore diesel?

    <p>Variando il volume di carburante iniettato nel cilindro. (B)</p> Signup and view all the answers

    Quando sono stati utilizzati con successo gli oli vegetali in un motore diesel per la prima volta?

    <p>Nel 1900, contemporaneamente all'invenzione del motore diesel. (D)</p> Signup and view all the answers

    Quale tipo di olio vegetale è stato utilizzato per alimentare un motore diesel durante l'Esposizione di Parigi del 1900?

    <p>Olio di arachide (D)</p> Signup and view all the answers

    Qual è stato il principale fattore che ha incentivato la ricerca di carburanti alternativi, come gli esteri etilici di olio di palma, negli anni '30?

    <p>Le crisi di carenza di materie prime dovute alla guerra. (A)</p> Signup and view all the answers

    Chi ha brevettato l'uso di esteri etilici dell'olio di palma come gasolio nel 1937?

    <p>C.G. Chavanne (A)</p> Signup and view all the answers

    Quale applicazione pratica ha avuto l'utilizzo di estere etilico di olio di palma come carburante negli anni '30?

    <p>Alimentazione di un autobus di linea tra Bruxelles e Louvain. (D)</p> Signup and view all the answers

    Perché, secondo il testo, l'uso di oli vegetali nei motori diesel non è un'idea recente?

    <p>Perché esperimenti hanno dimostrato un utilizzo del calore simile a quello del petrolio già nel 1900. (D)</p> Signup and view all the answers

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    Flashcards

    Combustione

    Processo chimico in cui un combustibile si combina con l'ossigeno producendo calore.

    Comburente

    Sostanza che facilita la combustione, come l'ossigeno.

    Energia fossile

    Risorse energetiche derivanti da sostanze organiche ricche di carbonio sepolte milioni di anni fa.

    Carbone

    Combustibile fossile che genera lavoro tramite combustione e vapore.

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    Processo di fossilizzazione

    Trasformazione di materiale organico in minerali attraverso calore e pressione.

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    Tipi di carbone

    Classificazione include torba, lignite, litantrace e antracite.

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    Utilizzi del carbone

    Usato inizialmente per macchine a vapore, poi in riscaldamento e centrali elettriche.

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    Miniere di carbone

    Luoghi di estrazione, possono essere a cielo aperto o cave.

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    Emissioni zero

    Obiettivo di ridurre tutte le emissioni tossiche a zero entro il 2030.

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    Effetto serra

    Fenomeno causato dall'accumulo di gas serra che riscalda l'atmosfera.

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    Accordos di Parigi 2015

    Accordo internazionale per limitare l'aumento della temperatura globale sotto 2°C rispetto al preindustriale.

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    Rinnovabili

    Fonti di energia che si rigenerano naturalmente, come sole, vento e acqua.

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    Taglio delle emissioni

    Ridurre emissioni di CO2 del 45% rispetto al 2010 entro il 2030.

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    Uso del carbone

    Istituire che il 70% delle riserve di carbone rimanga sotto terra per raggiungere emissioni zero.

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    Settore dei trasporti

    Si caratterizza per un uso limitato delle fonti rinnovabili, dominato dal petrolio.

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    Obiettivo globale 2050

    Raggiungere emissioni nette zero a livello globale entro il 2050.

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    Bioraffinerie

    Impianti che trasformano biomassa in prodotti energetici e materiali.

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    Impronta ambientale

    Misura dell'impatto di un processo sull'ambiente.

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    Impronta idrica

    Quantità di acqua necessaria per produrre un bene.

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    Impacto su biodiversità

    Effetti della produzione sui vari ecosistemi viventi.

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    Colture non dedicate

    Colture alternative per ridurre l'impatto idrico.

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    Produzione bioetanolo

    Richiede 4 galloni d'acqua per gallone prodotto.

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    Riallocazione delle risorse

    Cambio nell'uso dei terreni da alimenti a biocarburanti.

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    Fattori socio-economici

    Impatto delle decisioni economiche sulla produzione alimentare.

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    Compressione

    La fase in cui il pistone comprime la miscela aria-benzina nel cilindro.

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    Scoppio

    La scintilla della candela fa esplodere la miscela gassosa, spingendo il pistone verso il basso.

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    Scarico

    La fase in cui il pistone risale e i gas di combustione vengono espulsi.

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    Ciclo a 2 tempi

    Un ciclo in cui il motore inietta esplosivo e scarica in un unico passaggio.

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    Vantaggi motore a 2 tempi

    Maggiore potenza specifica e semplicità costruttiva rispetto al motore a 4 tempi.

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    Svantaggi motore a 2 tempi

    Possibilità di combustione incompleta e maggiore perdita di carburante.

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    Lavoro utile del ciclo

    È dato dalla differenza tra lavoro di espansione positivo e lavoro di compressione negativo.

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    Qf e Qs

    Qf è il calore fornito e Qs è il calore rilasciato; la loro differenza genera lavoro.

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    Motore diesel

    Tipo di motore ad accensione spontanea che utilizza aria compressa e carburante.

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    Comportamento del carburante

    Il carburante vaporizza e si mescola con l'aria ad alta temperatura per autoaccendersi.

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    Candelette

    Dispositivi riscaldati elettricamente per avviamenti a basse temperature in motori diesel.

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    Controllo della potenza

    Variando il volume di carburante iniettato, si regola la potenza del motore diesel.

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    Oli vegetali nel diesel

    Utilizzo di oli vegetali come carburante nei motori diesel sin dal 1900.

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    Brevetto n° 422.877

    Brevetto del 1937 che descrive l'uso di esteri etilici di olio di palma come gasolio.

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    Autobus etilico

    Autobus alimentato con estere etilico di olio di palma, in servizio nel 1938.

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    Crisi di carburanti

    La guerra ha spinto la ricerca di fonti alternative e rinnovabili per i carburanti.

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    Numero di Cetano (NC)

    Misura dell'accendibilità di un combustibile, comparato a cetano ed eptametilnonano.

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    Accendibilità e detonazione

    Accendibilità è favorevole, detonazione è sfavorevole; varia con miscela di paraffine.

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    Caratteristiche dei carburanti

    Dipendono da numero di doppi legami e atomi di ossigeno nelle molecole.

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    Biocarburanti vs Carburanti fossili

    Biocarburanti rilasciano meno molecole tossiche rispetto ai fossili, ma più NOx.

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    Volatilità del carburante

    Influenza il comportamento del motore, importante per avviamento e accelerazione.

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    Miscelamento in camera di combustione

    Influenza vaporizzazione gocce e aria- carburante; essenziale per motori veloce.

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    Viscosità del carburante

    Deve permettere al carburante di scorrere; troppo denso è problematico.

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    Volatilità e temperatura

    Circa il 30% deve distillare a temperatura inferiore a 230°C per buone prestazioni.

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    Study Notes

    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.

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    Questo quiz esplora il ruolo del comburente nel processo di combustione e la trasformazione energetica del carbone. Affronta anche i processi geologici di formazione del carbone fossile e i fattori che ne influenzano l'uso. Metti alla prova le tue conoscenze su questi argomenti fondamentali!

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