Chimica dell'ambiente

1. Introduzione:
1.1 Definizione di geosfere e di Chimica dell'ambiente
1.2 Modello IPAT e indice del progresso autentico. Concetto di tragedia dei beni comuni e impronta ecologica
1.3 Tappe verso lo sviluppo sostenibile
1.4 Economia circolare

2. I dodici principi della Green Chemistry

3. Aria:
3.1 Chimica della stratosfera e buco dell'ozono
- Definizione di stratosfera, assorbimento della luce, ossigeno e ozono e filtrazione dei raggi UV.
- Chimica della stratosfera: formazione e distruzione dell'ozono, influenza di cloro e bromo.
- Come si forma il buco dell'ozono e politiche mondiali per contrastarlo.

3.2 Inquinamento dell'aria a livello del suolo
- Ozono urbano e smog fotochimico, influenza di concentrazione di COV e NOx.
- Emissioni a base di zolfo
- Inquinamento da particolato

3.3 Inquinamento indoor e outdoor
- Piogge acide, conseguenze su terreni, alberi e coltivazioni.
- Inquinamento indoor; inquinanti più frequenti.

3.4 Effetto serra
- Emissioni di energia dalla terra, assorbimento di energia da parte dei gas serra
- Biossido di carbonio; assorbimento IR, variazioni nel tempo, effetti.
- Altri gas serra; vapore acqueo, metano, ossido nitroso, CFC.
- Come combattere il riscaldamento globale.
- Entità e conseguenze del riscaldamento globale: conseguenze sulla riserva idrica mondiale e sui ghiacciai.
- Protocollo di Parigi 2015
- Progetti di geoingegneria per aumentare la riflessione dei raggi solari (SRM) e per la rimozione, stoccaggio e riutilizzo dell'anidride carbonica nell'aria (CCUS).

4. Energia: concetto di energia, Primo e Secondo Principio della Termodinamica
4.1 Combustibili fossili
- Fonti energetiche: combustibili fossili, gas di scisto. Valore energetico e produzione di CO2.
4.2 Biocombustibili.
- Biomassa: definizione e biomassa come fonte energetica. Conversione della biomassa in biocombustibile: biologica, fisica e termochimica.
- Bioetanolo. Produzione del bioetanolo: metodologie di prima e seconda generazione.
- Biobutanolo.
- SVO e Biodiesel. Produzione. Biodiesel di terza generazione.
- (Bio)combustibili per via termochimica. SynGas e reazione di spostamento del gas d'acqua. Metanolo ed eteri.
- Idrogeno. Produzione da combustibili fossili e per elettrolisi dell'acqua. Immagazzinamento come liquido, gas compresso, lega metallica o composto. Combustione diretta e generazione di elettricità. Celle a combustibile: PEMFC, AFC, PAFC, MCFC, SOFC, DMFC.
4.3 Tecnologie per Energia Rinnovabile.
- Energie rinnovabili. Energia solare diretta e indiretta.
- Energia idroelettrica. Principi. Centrali idroelettriche. Tipologie e problematiche ambientali.
- Energia eolica. Principi. Parchi eolici e tipologie dei siti eolici.
- Energia marina. Energia delle correnti marine, energia mareomotrice, ed energia del moto ondoso. Principi.
- Energia geotermica. Principi. Sorgenti idrotermiche, geopressurizzate e petrotermiche. Sistemi EGS (Enhanced Geothermal Systems). Pompe di calore geotermiche.
- Energia solare diretta, termica e fotovoltaica: differenze.
- Solare termico a bassa temperatura.
- Solare termico concentrato: impianti termodinamici, tipologie e differenze. Fluidi termovettori e eliostati. Torri solari e impianti a sali fusi.
- Solare fotovoltaico. Celle PV: celle al silicio, al cadmio, organiche, sensibilizzate da coloranti (celle di Gratzel).
- Stoccaggio delle energie rinnovabili.
- Analisi dell'impatto delle energie alternative: il lavoro del gruppo REN21.
4.4 Radioattività ed energia nucleare
- Isotopi radioattivi. La famiglie radioattive.
- Principi di radioattività. Modalità di decadimento radioattivo: particelle alfa, beta e gamma. Penetrazione della radiazioni ionizzanti. Quantificazione delle radiazioni assorbite. Applicazioni delle radiazioni ionizzanti. Datazione dei reperti archeologici e biologici. Decadimento radioattivo. Curva di decadimento a cinetica del primo ordine. Unità di misura della radioattività.
- Il decadimento dell'Uranio-238.
- Il Radon-222. Problematiche ambientali.
- Energia nucleare: fissione dell'uranio-235. Prodotti attinidi della fissione. Arricchimento dell'uranio. Barre esaurite e riprocessamento. Uranio impoverito. Reattori CANDU ad acqua pesante e autofertilizzanti. Problemi legati al plutonio. Stoccaggio dei rifiuti nucleari.
- Energia nucleare: la fusione nucleare e il progetto ITER.
- Energia nucleare nel mondo. Incidenti nucleari: Cernobyl e Fukushima. Il nucleare in Italia.

5. Acqua:
5.1 Acque naturali
- Water footprint e acqua virtuale. Fabbisogno e uso domestico.
- Chimica dell'acqua. Reazioni comuni. Unità di misura.
- Solubilità di gas e COV.
- Chimica delle ossidoriduzioni in acqua.
- BOD (Biochemical Oxygen Demand). Determinazione del BOD: BOD5 e UBOD: metodo per diluizione e respirometrico.
- COD (Chemical Oxygen Demand). Determinazione del COD.
- Classificazione del carbonio in acqua: TC, TIC, TOC, DOC, POC.
- Decomposizione della materia organica in acqua.
- Composti dello zolfo nelle acque naturali. Zolfo, ferro e i drenaggi acidi delle miniere abbandonate.
- La scala del pE. Diagrammi pE/pH.
- Equilibri acido-base e solubilità in acqua. Il sistema trifasico: carbonato-bicarbonato-anidride carbonica.
- Altri ioni: fluoruro, alluminio. Alluminio e piogge acide.
- Alcalinità. Alcalinità totale e al carbonato. Determinazione dell'alcalinità.
- Durezza. Durezza totale, permanente e temporanea.
- Acqua di mare.
5.2 Potabilizzazione dell'acqua
- Fasi della potabilizzazione: areazione, sedimentazione, rimozione delle particelle colloidali, rimozione di calcio e magnesio, disinfezione.
- Disinfezione: metodi fisici e chimici. DBP, disinfection by-products.
- Disinfezione al punto d'uso: metodi fisici e chimici e biologici.
- Filtrazione: semplice, su carbone attivo, su membrane, osmosi inversa.
- Potabilizzazione dell'acqua di mare: dissalazione a osmosi inversa, termica, forward osmosis, nano/biofiltri ed estrazione con acido decanoico.
- Disinfezione delle piscine.
- Distribuzione dei contaminanti nell'acqua di falda.
- Metodi di decontaminazione delle acque: pump and treat, bioremediation, attenuazione naturale e barriere permeabili reattive.
5.3 Acque reflue
- Acque nere e acque bianche.
- Fase della depurazione: trattamenti primari (meccanici), secondari (biologici), e terziari (chimici). Rimozione dei fosfati, riduzione della salinità.
- La linea dei fanghi: primari e secondari.
- I fosfati nei detergenti e il problema dell'eutrofizzazione.
- Fitodepurazione, fosse biologiche, pozzi neri.
- Rimozione di inquinanti specifici: eliminazione dei cianuri.
- Tecniche moderne di decontaminazione.
- Inquinamento da farmaci nelle acque reflue.

6. Inquinanti:
6.1 Metalli pesanti
- Metalli pesanti. Metalli e ambiente. Speciazione e tossicità.
- Mercurio. Mercurio metallico e cationico. Le amalgame: estrazione dei metalli preziosi, amalgame dentarie, impianti cloro-soda. Mercurio (II): la manifattura del feltro. Mercurio aerosospeso: GEM, TPM, RPM. L'inquinamento di Rosignano Solvay, la discarica di Bussi sul Trino.
- Piombo. Piombo inorganico metallico e cationico. Piombo e acqua potabile. Piombo e acque naturali. Piombo nei pigmenti e nelle batterie. Composti organici del piombo: il piombo tetraalchile.
- Cadmio. Applicazioni e fonti ambientali. Le batterie Ni-Cd.
- Cromo. Cromo trivalente ed esavalente. Decontaminazione dell'acqua inquinata da cromo con approcci classici e moderni. L'arseniato cromato di rame come preservante del legno.
- Arsenico. Arsenico trivalente ed pentavalente. Fonti antropogeniche e naturali. Effetti sulla salute umana. Arsenico nelle acque telluriche e sua rimozione. Composti organici dell'arsenico. Arsine.
6.2 Pesticidi
- Classificazione dei pesticidi.
- Insetticidi organoclorurati. La sporca dozzina. Il DDT: storia, sintesi, problematiche ambientali, DDT in Italia.
- Insetticidi organofosforici: tipo A, B e C. Meccanismo d'azione e antidoti. Degradazione ambientale.
- Insetticidi carbammati.
- Insetticidi naturali: piretrine, piretroidi e rotenone.
- Erbicidi. L'Atrazina e i clorotriazinici. Meccanismo d'azione, rischi ecologici.
- Erbicidi: cloroacetammidi, fenossiacetici e glifosato.
- Degradazione e diffusione ambientale dei pesticidi: la fugacità.
- Lotta integrata: IPM: Integrated Pest Management.
6.3 Altri inquinanti organici.
- Policlorodibenzodiossine (PCDD), policlorobifenili (PCB) e policlorodibenzofurani (PCDF). Chimica, usi, fonti e distribuzione ambientale. La scala TEQ (Toxicity Equivalency Quotient). Inquinamento ambientale da diossine: Seveso, Love Canal e Times Beach.
- Idrocarburi Policiclici Aromatici Condensati (IPA): fonti, distribuzione in aria e in acqua. Formazione degli IPA.
- Alchilfenoli, bisfenolo-A, genisteina, ftalati. Effetti sulla biosfera.
- Ritardanti di fiamma per polimeri. Meccanismi d'azione e combustione dei polimeri. Polibromodifenileteri (PBDE), tetrabromobisfenolo-A e esabromociclododecano (HBCD).
- Acidi ed alcoli perfluorurati.

7. Rifiuti e suolo:
7.1 Rifiuti domestici: componenti e smaltimento.
- Le discariche e gli inceneritori. Meccanismi di decomposizione e problematiche ambientali.
- Riduzione e riciclaggio dei rifiuti domestici: vetro, carta, alluminio, metalli, materiale organico, materie plastiche. RAAE.
7.2 Suolo e sedimenti.
- Chimica del suolo: acidità e salinità.
- Sedimenti: serbatoi di inquinanti.
- Bonifica, biorisanamento, fitorisanamento del suolo e dei sedimenti.