Descrizione del modulo "Catalizzatori di seconda generazione per produzione di idrogeno mediante reforming di risorse rinnovabili (PM.P03.005.005)"

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  • Descrizione del modulo "Catalizzatori di seconda generazione per produzione di idrogeno mediante reforming di risorse rinnovabili (PM.P03.005.005)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La realizzazione di dispositivi in grado di produrre energia in maniera sostenibile potrà contribuire a rispondere in maniera concreta alle crescenti richieste di energia e contemporaneamente a quelle di riduzione dell'inquinamento atmosferico dovuto all'uso di combustibili fossili. La produzione di idrogeno da biomasse di tipo lignocellulosa ed il suo successivo utilizzo in celle a combustibile si propone proprio questo obiettivo. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Sono attive le seguenti tematiche di ricerca: Sviluppo di catalizzatori per la produzione dell'idrogeno: reazioni di ossidazione parziale, reforming in fase gassosa e liquida. Sviluppo di catalizzatori per la purificazione: reazioni di PROX e WGSR. Sviluppo di materiali catodici per SOFC. Sviluppo di fotocatalizzatori a base di TiO2, ZnO, Fe2O3, Co3O4 per la produzione di idrogeno. Sviluppo di elettrocatalizzatori. (literal)
Competenze
  • Il gruppo possiede pluriennale esperienza nel settore dello sviluppo di catalizzatori eterogenei, internazionalmente riconosciuta. Recentemente si è dedicato alla produzione di idrogeno e nella sua purificazione, come testimoniato dalle pubblicazioni in materia e le collaborazioni industriali in atto. Parallelamente è stato affronto lo studio di materiali anodici e catodici per celle a combustibile sia ad alcoli diretti che di tipo Solid Oxide Fuel Cells (SOFC). Sono stati formati in questi anni diversi giovani che con passione e successo si dedicano alla ricerca in queste tematiche. Sono presenti le strumentazioni necessarie a condurre gli esperimenti di attività catalitica. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Lo sviluppo di catalizzatori eterogenei per la produzione sostenibile di idrogeno ha potenzialità applicative a livello di PMI, realizzazione di piccoli / medi impianti di produzione di energia. Le conoscenze sviluppate potranno inoltre contribuire più in generale all'avanzamento delle conoscenze nel settore più generale dei catalizzatori eterogenei con positive ricadute nel campo della chimica industriale e della catalisi ambientale. (literal)
Tecnologie
  • La realizzazione dei nuovi sistemi catalitici prevede una stretta sinergia tra i ricercatori più direttamente coinvolti nella sintesi e caratterizzazione e quelli convolti nelle simulazioni, al fine di predire ed interpretare i risultati sperimentali. L'attività sarà in parte anche condotta in collaborazione con partners industriali al fine di poter validare sul campo i risultati di diretto interesse applicativo. Una stretta sinergia con i settori industriali nazionali interessati alla tematica consentirà un più rapido sviluppo dei processi di produzione sostenibile dell'idrogeno (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi dell'attività di ricerca sono sviluppare sistemi catalitici innovativi (attivi e stabili) al fine di : (i) produrre idrogeno direttamente da prodotti a monte per ridurre il numero dei passaggi del processo, ovvero produrre idrogeno direttamente da soluzioni di idrolisi della cellulosa (meglio se direttamente integrate allo stadio stesso di idrolisi) invece che da bioetanolo prodotto a sua volta per fermentazione di queste soluzioni di idrolisi della cellulosa; (ii) utilizzare biomasse più disponibili ed a minor costo, ovvero utilizzare biomasse di 2a generazione (ligno-cellulosiche); (iii) operare il processo di reforming in soluzione liquida e bassa temperatura, per ridurre i costi energetici del processo; (iv) realizzare processi e dispositivi fotocatalitici di produzione sostenibile di idrogeno. (literal)
Stato dell'arte
  • Il tema della produzione sostenibile di Energia è fondamentale per il nostro paese come per l'intero pianeta. L'idrogeno in combinazione con efficienti celle a combustibile sembra poter contribuire alla soluzione di tale problematica. Risulta necessario però sviluppare nuovi sistemi catalitici attivi e stabili per lungo tempo. La produzione di idrogeno inoltre deve partire da materie rinnovabili ed in particolare da biomasse di tipo lignocellolosa. In tal modo, non solo si avranno a disposizione grandi quantità di materiale di partenza ma non si andrà in competizione con la produzione di cibo. Dati di letteratura indicano che il reforming in fase liquida e la fotocatalisi di soluzioni di idrolisi della cellulosa siano estremamente promettenti. Il gruppo è attivo su tali tematiche. Ha realizzato catalizzatori attivi e stabili per l'ossidazione parziale del metano e lo steam reforming dell'etanolo, per la produzione di idrogeno attraverso la fotocatalisi di soluzioni acquose di metanolo ed etanolo e si sta indirizzando alla conversione di carboidrati C5 e C6. (literal)
Tecniche di indagine
  • La caratterizzazione dei materiali sviluppati si basa sull'uso combinato di tecniche di caratterizzazione chimico-fisica che spaziano dall'assorbimento di gas, alla diffrazione a raggi X, dalle spettroscopie IR e Raman, alle tecniche a temperatura programmata (TG, TPR,TPO,TPD), alle microscopie SEM e TEM alle quali si affiancano simulazioni atomistiche ab initio (DFT) e misure di reattività funzionale realizzate tramite opportuni microreattori. E' pertanto possibile determinare le correlazioni (nano)struttura -reattività che sono alla base della progettazione di materiali catalitici. (literal)
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