L’insegnamento si apre con un’introduzione al problema energetico per poi definire le varie forme e fonti di energia, trattando, quindi, in un’ampia panoramica, le riserve, la produzione, i consumi e gli scambi delle varie fonti e forme di energia per aree geopolitiche e i relativi trend temporali. Nella seconda parte si analizzano nel dettaglio gli aspetti tecnico-economici delle fonti tradizionali (fossili) di energia (carbone, petrolio, gas naturale) e di quelle rinnovabili (idrica, solare, eolica, biomasse, etc.), con particolare enfasi sugli aspetti ed impatti ambientali dei connessi sistemi energetici. Infine, si chiude con un’introduzione alla struttura del mercato elettrico e alla politica energetica.

- Il problema energetico: presente e futuro. Andamento di riserve, produzione e consumo delle principali fonti energetiche fossili e rinnovabili a livello mondiale e regionale.
- Concetti introduttivi e definizioni. Cos’è l’energia; energia cinetica, energia potenziale; forme di energia “interna” di un sistema; unità di misura dell’energia. La potenza e la relativa misura; interpretazione dell’energia dal punto di vista macroscopico. Interpretazione microscopica del lavoro e dell’energia; le leggi della termodinamica, trasformazioni energetiche e irreversibilità.
- Rassegna dei principali inquinanti connessi ai sistemi energetici e relativi impatti ambientali.
- Il ciclo del carbone. Estrazione e preparazione: principali tecnologie e relativi impatti. Trasporto e movimentazione: modalità, aspetti problematici e relative contromisure. Principali tecnologie di combustione per la produzione di energia elettrica, relativi inquinanti e tecnologie di abbattimento e/o di prevenzione dell’inquinamento. Processi di trasformazione del carbone. Distillazione secca; gassificazione; liquefazione. Il carbone “pulito”. Le tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio.
- Il ciclo del petrolio e del gas naturale. Principali impatti connessi all’estrazione del greggio e del gas naturale. Idrocarburi non convenzionali. Trasporto e trasformazione degli idrocarburi fossili. Combustione per la produzione di energia elettrica: principali tecnologie; Turbina a vapore, turbina a gas e ciclo combinato gas-vapore.
- Introduzione all’impiego di biomasse a fini energetici. Accumulo energetico nella biomassa. Principali limiti e vantaggi dell’impiego di biomasse energetiche. Principali trasformazioni termochimiche e biochimiche della biomassa grezza.
- L’energia solare. Costante solare. Albedo. Densità di potenza ed insolazione media al suolo. Componente diretta e diffusa della radiazione solare. Solare termodinamico. Principali tecnologie di concentrazione solare. Specchi parabolici a fuoco puntiforme e a fuoco lineare. Principali tecnologie di concentrazione solare: campo specchi e torre centrale. Solare termico a bassa temperatura: collettori solari piani e collettori a tubi sotto vuoto. La generazione fotovoltaica.
- L’energia eolica. Direzione e velocità del vento. Potenza meccanica contenuta nell’aria in movimento. Funzionamento macchine eoliche. Macchine ad asse verticale, macchine ad asse orizzontale. Flusso aereo attraverso il rotore. Energia elettrica prodotta da un aerogeneratore. Fattorie del vento. Vantaggi e svantaggi dell’energia eolica.
- Cenni su altre tecnologie di trasformazione energetica.
- Trasformazione della struttura del mercato elettrico (da monopolistico a competitivo) e del prodotto “elettricità” (da commodity a mix diversificato di servizi). Il ruolo della generazione distribuita (GD) nel nuovo contesto del mercato elettrico. Disamina di alcune peculiarità della GD. Opportunità legate allo sviluppo della GD e limiti alla sua diffusione. Misure di politica energetica per favorire la GD.