Descrizione della commessa "Formazione, diagnostica ed abbattimento degli inquinanti da combustione. (ET.P01.004)"

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  • Descrizione della commessa "Formazione, diagnostica ed abbattimento degli inquinanti da combustione. (ET.P01.004)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La riduzione ed il controllo dell'inquinamento ambientale prodotto dai sistemi per la produzione di energia e per il riscaldamento, basati sui processi di combustione sono una necessità della collettività e dell'individuo. Le tecniche avanzate di analisi degli inquinanti da combustione, inclusi gli inquinanti prenormati, insieme alla conoscenza dei meccanismi di formazione di inquinanti gassosi e particellari sono di potenziale impiego per rispondere a queste necessità. Peraltro, la diversificazione delle fonti di energia con l'utilizzo di combustibili di scarso pregio e di combustibili alternativi, e il cui impatto ambientale è notoriamente più rilevante, come nel caso del carbone, o malconosciuto, come nel caso delle biomasse, rendono ancor più indispensabile la definizione delle condizioni di processo ottimali e la messa a punto di più efficienti sistemi di rilevazione e di abbattimento di inquinanti emessi nella combustione di questa classe di combustibili. (literal)
Strumentazione
  • Impianti principali per la messa a punto delle diagnostiche e lo studio dei processi elementari della combustione, della formazione e dell'abbattimento di inquinanti: - Bruciatori premiscelati e a difusione adatti per lo studio di processi di combustione omogenei ed eterogenei. - Reattori elementari da laboratorio di varia tipologia: JSFR, CSTR e PFR, reattori a letto fluido o fisso. - Camera di condensazione Strumenti diagnostici: - Sistemi di analisi dei gas in flusso - Gas cromatografi e spettrometri di massa - Analizzatore elementare - Analizzatore FT-IR - Bilancia temogravimetrica - ICP - Microscopio elettronico a scansione - Molecular beam time of flight mass spectrometry (MB-TOF-MS) - Spettrometro di massa a trappola ionica (IT-MS) - Velocimetria laser ad alta velocità - Spettrofotometro UV-Visibile - Analizzatore di Mobilità Differenziale - Microscopio a Forza Atomica (AFM) - Misuratore di dimensione di particelle per diffusion charging - Impattore Elettrostatico a bassa pressione Apparecchiature di calcolo: - Sistemi di calcolo basati su workstation multicore - cluster di calcolo a 32 processori su piattaforma LINUX. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le tematiche di ricerca affrontate nell'ambito di questa commessa sono: - Studio dei processi elementari della combustione al fine della determinazione di configurazioni e modalità di processo ottimali. - Studio dei meccanismi di formazione degli inquinanti nei processi di combustione al fine di determinare, e conseguentemente controllare, i parametri operativi di combustione che influenzano formazione, distruzione ed emissione finale. - Sviluppo e messa a punto di diagnostiche avanzate e protocolli di analisi per la caratterizzazione degli inquinanti organici ed inorganici (compresi quelli non ancora inclusi nella normativa ambientale nazionale, come i particolati fini ed ultrafini). - Studio di processi e tecnologie innovative di abbattimento degli inquinanti quali particolati, VOC, IPA, ossidi di azoto, metalli. - Individuazione e produzione di materiali e studio dei processi per la cattura della CO2 a valle dello stadio di produzione di energia (post-combustione). - cattura della CO2 con processi biotecnologici(post-combustione) (literal)
Competenze
  • Le competenze impiegate per la realizzazione degli obiettivi della commessa includono: Tecniche di campionamento ed analisi di prodotti ed intermedi di combustione. Tecniche avanzate di analisi chimico-fisica delle proprietà strutturali, chimiche e spettroscopiche di materiali solidi, liquidi e gassosi. Diagnostiche ottiche avanzate per la rilevazione degli inquinanti, per lo studio dei processi elementari della combustione, per l'analisi delle proprietà strutturali, fisiche e spettroscopiche dei materiali ed in particolare dei particolati. Diagnostiche di spettrometria di massa avanzate. Meccanismi di ossidazione e pirolisi di materiali combustibili gassosi, liquidi e solidi. Meccanismi di formazione di inquinanti gassosi e particellari. Metodologie sperimentali e numeriche per lo studio della fluidodinamica dei sistemi reattivi. Metodi di abbattimento/riduzione degli inquinanti/contaminanti degli effluenti da combustione. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La definizione delle condizioni di processo e della qualità di combustibili ottimali per processi produttivi di energia sostenibile quali centrali termoelettriche, centrali termiche, termovalorizzatori e per sistemi di trasporto (motori) e il controllo ambientale di questi sistemi, con la messa a punto di procedure di campionamento e rilevazione di inquinanti nonché del loro abbattimento rispondono alla richiesta di maggiore efficienze e di minore impatto ambientale dei sistemi di combustione usati per processi produttivi. In tal senso l'IRC può agire non solo come fornitore di know-how processistico e tecnologico ma anche quale incubatore e sviluppatore di processi e metodologie di intervento innovative utili allo sviluppo di sistemi industriali a maggiore efficienza ed eco-sostenibilità. Va segnalata l'attività di messa a punto di metodologie diagnostiche per inquinanti non normati (spesso per la carenza di adeguati strumenti e protocolli diagnostici) che costituisce un notevole contributo ad un sostanziale avanzamento delle potenzialità di controllo attraverso il miglioramento di normative e metodologie di monitoraggio ambientale. (literal)
Tecnologie
  • - Tecnologie di campionamento e analisi on-line e off-line di prodotti di combustione. In questo campo le attività si concentrano sullo sviluppo di metodologie innovative di caratterizzazione degli inquinanti, anche non borati, e dei prodotti intermedi del processo di combustione. - Diagnostiche ottiche avanzate. Le attività svolte in questo campo nella commessa sono rivolte a sviluppare e validare metodologie di diagnostica ottica che permetano una caratterizzazione non intrusiva il più possibile specifica per i prodotti della combustione. - Modelli cinetico-chimici e fluidodinamici di sistemi di combustione per la determinazione delle cinetiche di formazione e distruzione di inquinanti. A questo proposito le attività vertono principalmente sulla Validazione e ottimizzazione dei modelli cinetici disponibili in letteratura sulla base alle evidenze sperimentali. Particolare risalto, in qusto ambito hanno le attività disviluppo di meccanismi fisico cinetici di nucleazione e accrescimento di particolati carboniosi. - Studio sperimentale e numerico della fluidodinamica dei sistemi di combustione e dell'interazione con i processi reattivi. (literal)
Obiettivi
  • Individuazione dei meccanismi di formazione di specie inquinanti e messa a punto di metodologie diagnostiche di analisi dell'efficienza dei processi di combustione e del relativo impatto ambientale con particolare riguardo all'analisi degli idrocarburi policiclci aromatici e al particolato ultrafine. Individuazione e studio di materiali e processi per l'abbattimento di inquinanti da processi di combustione. Sviluppo di competenze su: - Processi chimico-fisici rilevanti per lo sviluppo e l'ottimizzazione di sistemi di combustione ad elevata efficienza ed eco-compatibilità. - Proprietà chimiche e spettroscopiche di combustibili e prodotti di combustione inquinanti. - Tecniche di campionamento e analisi chimica strumentale e spettroscopica. - Meccanismi di ossidazione e pirolisi di materiali combustibili. - Meccanismi di formazione di inquinanti gassosi e particolati . - Materiali e metodologie per l'abbattimento delle principali specie inquinanti prodotte in sistemi di combustione. (literal)
Stato dell'arte
  • La richiesta di maggiori efficienze e di minore impatto ambientale dei sistemi di combustione spinge verso l'innovazione delle tecnologie di combustione, delle metodologie di caratterizzazione dei prodotti e dei metodi di riduzione dell'impatto ambientale delle loro emissioni. In tale contesto lo studio e lo sviluppo dei processi di combustione e dei meccanismi di formazione degli inquinanti costituiscono una ineludibile attività propedeutica. Le diagnostiche sia per gli inquinanti normati che per quelli non ancora previsti dalla normativa ambientale, come i particolati fini ed ultrafini, sono in continuo stato di evoluzione ed aggiornamento allo scopo di accrescerne potenzialità e specificità utili ad una migliore comprensione dei fenomeni e ad un più efficace utilizzo in ambito industriale. Forte è anche la domanda di ricerca per la messa a punto di sistemi efficienti di trattamento degli scarichi al fine sia della riduzione delle emissioni da impianti basati su processi di combustione sia del controllo qualità della CO2 ai fini di una successiva cattura (literal)
Tecniche di indagine
  • Campionamento ed analisi gascromatografica on-line e off-line per l'analisi di strutture di fiamma e composizione di gas di combustione. Termometria veloce in fiamma. Cromatografia Liquida ad Alta Pressione (HPLC) (Fase inversa, Size Exclusion Chromatography) per la valutazione di inquinanti particellari ed idrocarburi policiclici aromatici. Spettrometria di massa con diversi tipi di analizzatore e sistemi di ionizzazione per analisi di inquinanti organici a basso ed alto peso molecolare, in-line ed off-line. Termogravimetria Diffusione elastica ed anelastica (fluorescenza, incandescendenza) di luce laser. Misura on line della funzione di distribuzione di nanoparticelle con sonda di diluizione e Analizzatore della Mobilità Differenziale o impattore elettrostatico a bassa pressione. Misura off line della funzione di distribuzione di nanoparticelle in sospensione con elettrospray/DMA e Dynamic Light Scattering. Analisi elementare Spettrofotometria di assorbimento IR, UV-visibile e spettroscopia di emissione. Microscopia a sonda. Messa a punto di modelli di simulazione numerica \"time resolved\" di sistemi reattivi (literal)
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