Descrizione previsione attività della commessa "Nuovi materiali per l'energia, tecnologia dell'idrogeno e biocombustibili. (PM.P03.005)"

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  • Descrizione previsione attività della commessa "Nuovi materiali per l'energia, tecnologia dell'idrogeno e biocombustibili. (PM.P03.005)" (literal)
Iniziative per acquisizione entrate
  • Progetti in corso: Progetto TIMES, accordo quadro CNR-Regione Lombardia, avendo raggiunto la quota del 60% di spese rendicontate per la prima annualità nel 2015 è prevista l'erogazione della seconda tranche (40% del contributo totale di Regione Lombardia) pari a 112.165 €. Progetto Futuro in ricerca RBFR13XLJ9, valore totale del progetto 547.954€, il finanziamento dell'UdR ISTM-CNR, pari a 291.948 € è stato erogato interamente nel 2014. MIUR-CNR: Progetto EFOR - Progetti CNR per il Mezzogiorno EFOR, WP2 (Enotria), durata 2011-2015 (48 mesi). Saldo previsto per variazione di bilancio auspicabilmente subito dopo la chiusura del progetto (30/6/2015). EC-CNR: Progetto FP7 Marie Curie Action SUSPHOS \"A European Training Network on Sustainable Phosphorus Chemistry\" (PITN-GA-2012-317404), durata 2013-2016 (48 mesi). Finanziamento previsto come interim payment, da confermare dopo rendicontazione prevista nel marzo 2015. Progetti approvati non ancora finanziati: Progetto sul bando \"Avviso congiunto per l'incremento dell'attrattività del sistema di ricerca lombardo e della competitività dei giovani ricercatori candidati su strumenti ERC\" Fondazione Cariplo - Regione Lombardia, finanziamento previsto pari a 42.084€, di cui quota parte modulo pari a 21.000€ E' stato stipulato un contratto di ricerca con Advanced Catalysts Srl, valore 20.000€(+IVA), che verranno erogati interamente nel 2015, la quota a valere sul modulo è pari a 10.000€(+IVA). E' stata approvata la prtnership \"RawMatTERS\", di cui ISTM-CNR fa parte nel raggruppamento CNR-ASTER, al momento non è quantificabile il possibile contributo. Proposte progettuali in attesa di valutazione: Progetto sul \"Bando Fondazione Cariplo 2014: Bando Ricerca sull'inquinamento dell'acqua e per una corretta gestione della risorsa idrica\", finaziamento richiesto per UdR ISTM-CNR pari a 63.000€ Le iniziative previste per l'acquisizione di fondi di ricerca saranno diversificate con partecipazione a bandi regionali, nazionali, ed Europei. In particolare, nel triennio di interesse è prevista la partecipazione al bando Europeo Horizon 2020 nella call Innovative Training Network, al bando ERC starting grant, Horizon 2020 bando Life, Calls: Produzione di idrogeno per vie fermetative e Materiali innovativi di origine biologica per il fotovoltaico. Inoltre è prevista partecipazione a bandi Cariplo, Regione Lombardia, e bandi nazionali destinati a promuovere l'apertura di spin-off. Partecipazione come subcontractors a bandi Regione Toscana. Le attività del modulo PM.P03.005.003 verranno svolte utilizzando materiali e fondi arrivati tramite il modulo PM.P02.007.008 (Membrane polimeriche nanocomposite e nanostrutturate per separazioni di gas e di vapori), che è strettamente legato al presente modulo. (literal)
Punti critici
  • Le criticita' da affrontare nel 2015 riguarderanno l'acquisizione di fondi esterni per il reclutamento di personale a contratto per permettere il proseguimento di tutti i temi di ricerca afferenti al modulo. Per quanto riguarda l'attivita' scientifica, la finalita' degli studi saranno tese alla realizzazione di processi integrati catalitici e biologici in grado di produrre ed immagazzinare idrogeno in condizioni blande di carico e rilascio controllato. In particolare uno dei punti di criticita' sara' quello della produzione efficiente di idrogeno a costi competitivi con lo stato dell'arte e con catalizzatori ad alta stabilita' e durata. Si attueranno misure per il reperimento di fonti esterne di finanziamento tramite partecipazione a bandi e progetti nazionali ed internazionali. - sviluppo di nuove nanostrutture efficienti di semiconduttori stabili in condizioni fotoelettrochimiche Azioni da svolgere: - acquisizione di nuovi macchinari per la sintesi di nanomateriali o sviluppo di quelli già esistenti; - assunzione personale con expertise nella sintesi di materiali avanzati - Verrà ulteriormente ottimizzata la resistenza alla disattivazione per coking e poisoning del catalizzatore di steam reforming del bioetanolo. - Adottare e sviluppare materiali per ORR/OER in ambiente acido, basico e non acquoso, con particolare riferimento alla funzionalizzazione/attivazione di fotoconvertitori. Le condizioni di sintesi devono essere quindi adeguate alle condizioni operative in cui il materiale elettrocatalitico verrà utilizzato. - Verranno risolti alcuni problemi analitici per il test di leghe metalliche in pressione di H2. Punto critico dello studio condotto finora è la carenza infrastrutturale per la caratterizzazione avanzata dei materiali sviluppati. In particolare la mancanza di un microscopio elettronico in trasmissione ad alta risoluzione (HR-TEM) in grado di fornire in tempi rapidi indicazioni per migliorare la struttura dei materiali. Tale carenza è solo in parte sopperibile attraverso le collaborazioni esterne in quanto i lunghi tempi di risposta non sono compatibili con le rapide dinamiche della ricerca di punta. Viene quindi dato massimo appoggio alle attività volte al potenziamento di tale strumentazione. E' molto importante l'acquisizione nel modulo di ricerca di una unità di personale tecnico, con competenze nella crescita di colture di microorganismi per garantire le attività di laboratorio di supporto allo sviluppo degli aspetti più innovativi della ricerca. Un punto critico per le membrane di microporosità intrinseca è la stabilità meccanica, che a volte risulta molto bassa a causa dell'estrema rigidità dei polimeri, rendendo le membrane molto fragili. Queste proprietà sono intrinseche ai materiali usati ma possono essere limitate attraverso la sintesi (da parte dei partner coinvolti) di polimeri di più alto peso molecolare. Un secondo problema da studiare e superare è il cosiddetto fenomeno in invecchiamento fisico dei polimeri ad alto volume libero, che tende a diminuire nel tempo, riducendo la permeabilità. Necessita studi per una maggiore comprensione dei fenomeni di invecchiamento e approcci per la riduzione dell'effetto (ad esempio reticolazione per la riduzione dell'effetto e/o trattamenti termici per un'accelerata equilibrazione del sistema). (literal)
Attività da svolgere
  • 1) Deidrogenazione catalitica dell'acido formico, sintesi di nuovi catalizzatori omogenei di Ru, Fe, Co, Ni con leganti polidentati. Sintesi di nuove fosfine idrosolubili per stabilizzazione di specie molecolari e nanostrutturate. 2) CO2 per hydrogen storage e C-1 building block. Idrogenazione di bicarbonato e anidride carbonica a formiato e/o metanolo (liquid fuel) con catalizzatori omogenei e studio del meccanismo di attivazione. 3) Nuovi MOFs con leganti a base (poli)tiazolica. Valutazione delle porosità e capacità adsorbenti di gas a diverse temperature; analisi dell'effetto di gruppi amminici sulle wt.% di CO2 fisisorbita. 4) Studio del processo metabolico in mezzi salini in sistemi combinati di fermentazione con batteri chemioeterotrofi e foto eterotrofi. Studio del processo di produzione di idrogeno con batteri fotosintetici sotto alta intensità luminosa, sia in condizioni di produzione di idrogeno che in condizioni di crescita in presenza e in assenza di ossigeno. 1) sintesi, caratterizzazione e sviluppo di nuove morfologie efficienti di semiconduttori per water splitting fotoelettrochimico; 2) sviluppo di nuovi elettrocatalizzatori per evoluzione di idrogeno e ossigeno composti da elementi abbondanti; 3) sviluppo di elettrodi ultrasottili multistrato per water splitting fotoelettrochimico basati su principi di nanofotonica; 4) studi fondamentali riguardanti water splitting fotoelettrochimico al sincrone di Trieste (Elettra) e a quello Europeo (ESRF). 5) utilizzo di nano tubi di carbonio in celle foto elettrochimiche. 6) Valutazione delle proprietà fotocatalitiche di materiali ibridi a base di ossido di titanio supportato su carbon black (CB/TiO2) o ossido di grafene (GO/TiO2), prepararti presso l'Istituto di Chimica dell'Università di Berlino. 7) Per lo steam reforming di etanolo si prevede lo sviluppo di uno schema di processo mediante simulatore ASPEN Plus. Verranno variati i parametri critici del processo quali temperatura, rapporto di alimentazione, pressione di esercizio al fine di ottimizzare la resa del processo. 8) Per lo steam reforming di acido acetico si prevede lo sviluppo di catalizzatori privi di metalli nobili, a base di Ni, Co e/o composizioni bi- polimetalliche (eventualmente a bassissimo contenuto di metalli nobili). 9) sviluppo di materiali elettrocatalitici multifasici e nanostruttrati per la reazione di riduzione/evoluzione di ossigeno (ORR/OER), anche in accoppiamento con un fotoconvertitore per fotoelettrochimica. La massimizzazione del rapporto attività catalitica/costi richiede un'attenta progettazione delle caratteristiche massive, morfologiche e superficiali dell'elettrocatalizzatore, che verranno indagate in funzione delle condizioni operative. 10) Verrà proseguita l'attività di screening di leghe metalliche a base di Ti, Zr, etc. per lo stoccaggio di H2. L'attività procederà con lo studio di sistemi core-shell bimetallici contenti sia metalli nobili che i più interessanti ma difficili da realizzare metalli di base. L'attenzione a sistemi bimetallici deriva dalla possibilità di modularne attentamente le proprietà catalitiche e foto catalitiche, specialmente in sistemi plasmonici. Particolare attenzione verrà riservata alla possibilità di realizzare sistemi contenti gli abbondanti e poco costosi Fe e Co. Verranno approfonditi gli studi metabolici sugli organismi termofili per convogliare più energia metabolica verso la produzione di idrogeno. Anche con l'analisi molecolare degli enzimi coinvolti. Inoltre verranno sviluppati terreni minimi, in modo da poter stimare il reale bilancio di carbonio e idrogeno nel processo di fermentazione al buio e nel fermentazione lattica capnofilica. Per quanto riguarda le microalghe bisognerà approfondire i fattori determinanti nell'aumento della biosintesi dei lipidi e ottimizzare le condizioni per sostenere la produzione di oli, e di carboidrati per alimentare i batteri termofili. Analisi con precursori marcati per evidenziare la presenza di eventuali sistemi di switch lipidi/carboidrati che potranno essere attivati in base alle esigenze. Verranno poi studiati materiali nano strutturati a base di fosfuri metallici, quali innovativi attivatori catalitici di piccole molecole. Accanto alle reazioni di ossidazione e reforming del metano, di produzione foto catalitica di idrogeno verrà studiata l'attivazione di CO2 attraverso processi foto assistiti allo scopo di ottenere combustibili solari, metano, syngas o metanolo ma anche acido formico. Verrà continuato lo studio delle proprietà di trasporto di nuovi materiali polimerici e di nuove membrane polimeriche per ampliare sempre di più la conoscenza del rapporto tra struttura e proprietà per i nuovi materiali studiati. In caso di materiali molto promettenti verrà studiato la possibilità di ottenere membrane in configurazione di 'thin film composite' con opportuna combinazione di elevata permeanza e accettabili proprietà meccaniche. Verrà studiata la stabilit?????????±???????P???????°6??????Š???????Progetti in corso: Progetto TIMES, accordo quadro CNR-Regione Lombardia, avendo raggiunto la quota del 60% di spese rendicontate per la prima annualità nel 2015 è prevista l'erogazione della seconda tranche (40% del contributo totale di Regione Lombardia) pari a 112.165 €. Progetto Futuro in ricerca RBFR13XLJ9, valore totale del progetto 547.954€, il finanziamento dell'UdR ISTM-CNR, pari a 291.948 € è stato erogato interamente nel 2014. MIUR-CNR: Progetto EFOR - Progetti CNR per il Mezzogiorno EFOR, WP2 (Enotria), durata 2011-2015 (48 mesi). Saldo previsto per variazione di bilancio auspicabilmente subito dopo la chiusura del progetto (30/6/2015). EC-CNR: Progetto FP7 Marie Curie Action SUSPHOS \"A European Training Network on Sustainable Phosphorus Chemistry\" (PITN-GA-2012-317404), durata 2013-2016 (48 mesi). Finanziamento previsto come interim payment, da confermare dopo rendicontazione prevista nel marzo 2015. Progetti approvati non ancora finanziati: Progetto sul bando \"Avviso congiunto per l'incremento dell'attrattività del sistema di ricerca lombardo e della competitività dei giovani ricercatori candidati su strumenti ERC\" Fondazione Cariplo - Regione Lombardia, finanziamento previsto pari a 42.084€, di cui quota parte modulo pari a 21.000€ E' stato stipulato un contratto di ricerca con Advanced Catalysts Srl, valore 20.000€(+IVA), che verranno erogati interamente nel 2015, la quota a valere sul modulo è pari a 10.000€(+IVA). E' stata approvata la prtnership \"RawMatTERS\", di cui ISTM-CNR fa parte nel raggruppamento CNR-ASTER, al momento non è quantificabile il possibile contributo. Proposte progettuali in attesa di valutazione: Progetto sul \"Bando Fondazione Cariplo 2014: Bando Ricerca sull'inquinamento dell'acqua e per una corretta gestione della risorsa idrica\", finaziamento richiesto per UdR ISTM-CNR pari a 63.000€ Le iniziative previste per l'acquisizione di fondi di ricerca saranno diversificate con partecipazione a bandi regionali, nazionali, ed Europei. In particolare, nel triennio di interesse è prevista la partecipazione al bando Europeo Horizon 2020 nella call Innovative Training Network, al bando ERC starting grant, Horizon 2020 bando Life, Calls: Produzione di idrogeno per vie fermetative e Materiali innovativi di origine biologica per il fotovoltaico. Inoltre è prevista partecipazione a bandi Cariplo, Regione Lombardia, e bandi nazionali destinati a promuovere l'apertura di spin-off. Partecipazione come subcontractors a bandi Regione Toscana. Le attività del modulo PM.P03.005.003 verranno svolte utilizzando materiali e fondi arrivati tramite il modulo PM.P02.007.008 (Membrane polimeriche nanocomposite e nanostrutturate per separazioni di gas e di vapori), che è strettamente legato al presente modulo.?zionale delle Ricerche (IBFM-CNR).?superconduttori. L'attività sul Bi-2212 si rivolge al CERN e ora anche alla BRUKER BioSpin, interessate ai materiali idonei alla realizzazione di magneti ad alto campo per la ricerca (CERN) e per NMR (Bruker). Attraverso contatti internazionali, agenzie di brokeraggio e visibilità su siti web (www.pocn.it), ottenuta superando con esito positivo la valutazione di opportune commissioni esaminatrici, si sta cercando di effettuare il trasferimento tecnologico della tecnologia del B (brevettata dal CNR-SPIN Genova) o comunque trarne un ritorno economico.?di per ICIB-CNR 489.016 Euro) 11. Progetto Marie Sklodowska-Curie Actions, Individual Fellowship (Call: H2020-MSCA-IF-2014) dal Titolo \"Nanosensors for Biological and Environmental Analytes Recognition Tecnhologies on the Horizon - NANOBioEarth\". Responsabile unità ICIB-CNR M. Rippa. Annualità 2014-2015 (sottomesso settembre 2014) Sono in via di preparazione progetti Europei da sottomettere in ambito ICT LEIT e ERANET di HORIZON2020????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? (literal)
Risultati attesi
  • Indicatori quantitativi: 1) sintesi di almeno cinque nuovi complessi di metalli di transizione e studio della loro attivita' nella attivazione di acido formico ad idrogeno e/o metanolo, anche in fase acquosa; 2) sintesi di almeno tre nuovi catalizzatori omogenei e studio della loro attivita' nella idrogenazione di CO2 e derivati ad acido formico, metanolo e prodotti C-1, anche in fase acquosa; 3) almeno due studi completi sul meccanismo di reazione per i processi catalitici studiati; 4) almeno due nuovi materiali MOFs/polimeri di coordinazione e studio della loro attivita' nello stoccaggio di gas; Indicatori qualitativi: 1) definizione del meccanismo metabolico di difesa di R. palustris in presenza di NaCl. 2) definizione del meccanismo metabolico di difesa di R. palustris in condizioni di alta intensità luminosa. Pubblicazioni Scientifiche, divulgazione in meeting, simposi e workshop, anche ad opera del personale in formazione; ampliamento delle collaborazioni esistenti. 1) incremento dell'efficienza degli elettrodi pari al 100 % del valore attuale; 2) sviluppo di elettrocatalizzatori ternari composti da elementi abbondanti 3) realizzazione di contro elettrodi di nano tubi di carbonio 4) studio di fotoanodi ultrasottili ad alta efficienza 5) Si prevede di realizzare test di disattivazione e durata per ottimizzare la vita dei catalizzatori di reforming di etanolo. 6) catalizzatori a base di Ni e Co, anche bi- polimetallici attivi e stabili nello SR di acido acetico. 7) Preparazione e screening di elettrocatalizzatori, anche per la funzionalizzazione di foto convertitori, e di efficienti GDE a porosità controllata. Caratterizzazione ex-situ, in-situ e in-operando dei materiali/elettrodi selezionati, anche mediante tecniche avanzate (SECM, C_ME, XAS). Elucidazione dei meccanismi di reazione. 8) Per lo stoccaggio di H2 si prevede di testare ca. 20 campioni di diversa composizione. 9) Disseminazione dei risultati attraverso comunicazioni a congressi internazionali, la pubblicazione di articoli su riviste internazionali ISI. Ulteriore avanzamento nelle conoscenze dei sistemi core shell per attivazione piccole molecole. Comprensione roulo nanostruttura - reattività in catalisi, con particolare attenzione all'interfase metallo supporto. Comprensione dei fenomeni fotofisici tra eterogiunzioni in fotocatalizzatori per la produzione di idrogeno. Completamento attività di formazione di personale non strutturato. Completamento di pubblicazioni scientifiche e divulgazione. • Sviluppo di sistemi innovativi per la riduzione di CO2 e accellerazione delle cinetiche di produzione di bioidrogeno • Crescite massive di microalghe tali da sostenere la produzione di idrogeno • Sviluppo di protocolli ottimizzati per interfacciare l'abbattimento di CO2 con la produzione di idrogeno. • Studio dei pathway metabolici connessi con la produzione di biodiesel in microalghe e con la produzione di idrogeno in batteri termofili • Articoli Scientifici • Brevetti sulla produzione di idrogeno, oli combustibili e sistemi misti. Sono attesi nuovi dati di permeabilità, solubilità e diffusività dei gas di interesse in una serie di membrane polimeriche nuove, usando solo gas e/o vapori puri. Laddove la combinazione di permeabilità e selettività è abbastanza promettente, sono attesi anche membrane supportate a strato sottile (Thin film composite membranes), che a parità di selettività dovrebbero avere una permeanza molto più elevata. (literal)
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