Docenti

prof. aggr. Marta BOARO

Crediti

6 CFU

Obiettivi formativi specifici

Nel contesto del crescente fabbisogno energetico delle società industrializzate e in via di sviluppo il corso si propone di dare agli studenti una panoramica delle emergenti tecnologie per la produzione di energia da fonti alternative e rinnovabili. In questa ottica si approfondiranno in particolare i fondamenti dell’ingegneria elettrochimica e gli aspetti applicativi di questa disciplina nello sviluppo di sistemi per la produzione sostenibile di energia (celle a combustibile) e per il suo immagazzinamento (batterie). Inoltre si tratteranno  le tecnologie correlate alla produzione di H2 da fonti rinnovabili, le tecnologie relative all’abbattimento della CO2 e le tecnologie per la produzione di energia da bio-masse e bio-combustibili, dando enfasi ai processi chimici alla base di queste tecnologie.

Competenze acquisite

- Fondamenti della Ingegneria elettrochimica
- Fondamenti e Tecnologia delle Celle a combustibile
- Problematiche e soluzioni per una produzione di energia compatibile con le politiche ambientali

Programma

Fondamentali leggi dell’elettrochimica: Stechiometria delle reazioni elettrochimiche, Legge di Faraday, correlazione tra corrente e velocità di reazione, la legge di Ohm e conduttività degli elettroliti, circuiti elettrochimici e legge di Kirchhoff. Origini e natura del potenziale elettrochimico. (1 ora)
Termodinamica delle reazioni elettrochimiche; applicazioni alle celle a combustibile: Riepilogo concetti energia libera, entalpia, entropia delle reazioni, celle elettrochimiche e celle a combustibile, relazione tra energia libera e lavoro elettrico, potenziale chimico e potenziale elettrochimico, potenziale standard, elettrodi di riferimento, equazione di Nernst, bilancio termico delle reazioni e dei  processi elettrochimici. Potenziali reversibili e irreversibili. Efficienza (ideale, reale) delle celle a combustibile Esercitazioni. (5 ore)
Cinetica dei processi elettrodici: Teoria del doppio strato elettrico, meccanismi di trasferimento di carica all’interfaccia, energia di attivazione dei processi elettrochimici, relazione tra energia di attivazione, densità di corrente e velocità di reazione, Equazione di Butler –Volmer,  Equazione di Tafel. Principi dell’elettrocatalisi. Esercitazioni. (5 ore)
Trasporto di massa, di carica, di calore nelle FC: Principi del trasporto di carica, trasporto di carica e caduta di potenziale, significato fisico di conduttività, conduttività ionica ed elettronica, principali tipi di elettroliti, relazione tra diffusione e conduttività, Concetti preliminari di fluidodinamica, trasporto negli elettrodi, trasporto diffusivo, relazione tra potenziale di cella e fenomeni di trasporto di massa, trasporto nei sistemi. Esercitazioni. (4 ore)
Metodiche di caratterizzazione: Caratterizzazioni in situ: Tecniche di impedenza, curve di polarizzazione, voltammetria ciclica; caratterizzazione ex situ: determinazione porosità, area superficiale BET, determinazioni strutturali. (4 ore)
Tipi di celle: Celle a bassa temperatura (PEM) ed alta temperatura (SOFC): tecnologia e nuove prospettive. (6 ore)
Batterie e capacitori: Principali tipi di batterie, loro caratterizzazione, applicazione e problematiche. (6 ore)
Produzione e uso dell’idrogeno: Proprietà dell’idrogeno, produzione di H2 da fonti rinnovabile: produzione elettrolitica di idrogeno, termolisi dell’acqua, metodi biologici. Tecniche di Immagazzinamento dell’H2 e purificazione. Sistemi di misura e normative di sicurezza. (10 ore)
Sequestro della CO2: Sequestro da sorgenti concentrate, tecniche di assorbimento, separazione criogenica, reattori a membrana, tecnologie integrate, sequestro da sorgenti diffuse, sequestro marino, geologico, minerale, biologico. Conversione catalitica della CO2. (5 ore)
Biomassa: Tipi di biomassa, gassificazione di lignite, produzione di etanolo, biodiesel, digestione anaerobica e fotosintesi. (6 ore)

Bibliografia

Modalità d'esame

Prova orale con esercitazioni scritte