Descrizione del modulo "Studio dei meccanismi di formazione e sviluppo di diagnostiche avanzate di inquinanti da processi di combustione (ET.P01.004.001)"

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  • Descrizione del modulo "Studio dei meccanismi di formazione e sviluppo di diagnostiche avanzate di inquinanti da processi di combustione (ET.P01.004.001)" (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, il cui impatto ambientale è notoriamente più rilevante, come nel caso del carbone, o misconosciuto, 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)
Tematiche di ricerca
  • Le tematiche di ricerca affrontate nell'ambito del presente modulo di commessa comprendono prevalentemente studi di carattere fondamentale, condotti su sistemi controllati da laboratorio, con diretta ricaduta per la caratterizzazione e lo sviluppo di sistemi pratici di combustione. Esse riguardano: -Studio dei meccanismi di formazione degli inquinanti nei processi di combustione al fine di determinare, e conseguentemente controllare, i parametri operativi del processo che ne influenzano la 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). -Individuazione, produzione e caratterizzazione di materiali innovativi a basso costo per processi di cattura della CO2 a valle dello stadio di produzione di energia (post-combustione). (literal)
Competenze
  • Le competenze che vengono impiegate per la realizzazione degli obiettivi del modulo investono tutti i settori della diagnostica ottica e chimica dei sistemi reattivi. Tra di esse è possibile individuare: Diagnostiche avanzate dei processi elementari della combustione. Meccanismi di ossidazione e pirolisi di materiali combustibili gassosi, liquidi e solidi. Meccanismi di formazione di inquinanti gassosi e particellari (IPA, PM10, particolati ultrafini). Tecniche di campionamento ed analisi dei prodotti di combustione in fase gas e in forma di aerosol. Tecniche avanzate di analisi chimico-fisica delle proprietà strutturali chimiche e spettroscopiche di combustibili fossili solidi, liquidi e gassosi. Diagnostiche di spettrometria di massa avanzate per la rilevazione degli inquinanti. Tecniche di diagnostica ottica per la rilevazione degli inquinanti. Tecniche di diagnostica ottica per l'analisi delle proprietà strutturali, fisiche e spettroscopiche dei particolati. Tecniche di microscopia a sonda. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Lo studio dei meccanismi di formazione di inquinanti in processi di combustione e lo sviluppo di diagnostiche avanzate di inquinanti sono necessari alla definizione delle condizioni di processo ottimali, tra cui la valutazione della qualità di combustibili, in sistemi di combustione. Gli impieghi potenziali riguardano processi produttivi di energia sostenibile quali centrali termoelettriche, centrali termiche, termovalorizzatori e per sistemi di trasporto (motori). Per tali sistemi, lo sviluppo di diagnostiche avanzate trova altresì applicazione per il monitoraggio degli inquinanti agli scarichi. Le ricerche condotte sulla caratterizzazione di materiali innovativi per la cattura della CO2 trovano possibili applicazioni nel trattamento degli scarichi in processi di post-combustione. (literal)
Tecnologie
  • Tecnologie di campionamento e misura on-line e off-line di prodotti di combustione. Messa a punto di sistemi di combustione da laboratorio per lo studio dei fenomeni di formazione del particolato organico e inorganico. Tecnologie diagnostiche avanzate. Modelli cinetico-chimici e fluidodinamici di sistemi di combustione per la determinazione delle cinetiche di formazione e distruzione di inquinanti. Validazione dei modelli cinetici in base alle evidenze sperimentali. Formulazione di meccanismi fisico-cinetico di nucleazione e accrescimento di particolati carboniosi. Studio sperimentale e numerico della fluidodinamica dei sistemi di combustione per mezzo di tecniche ottiche. (literal)
Obiettivi
  • -Individuazione dei meccanismi di formazione di specie inquinanti. -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. -messa a punto di metodologie diagnostiche di caratterizzazione chimico-fisica di prodotti di combustione. Sviluppo di competenze su: - Proprietà chimico-fisiche 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 particellari (IPA, PM10, ecc.). (literal)
Stato dell'arte
  • La richiesta di maggiore efficienza e minore impatto ambientale dei sistemi di combustione, comporta la necessità di ottimizzazione dei processi con la riduzione della formazione delle specie inquinanti che ne riducono le prestazioni e risultano ad alto impatto ambientale se emesse in atmosfera. Un grosso limite è determinato dal fatto che per molte delle specie inquinanti normate o non ancora previste dalle normative correnti, come i particolati fini ed ultrafini, ancora non sono del tutto noti i meccanismi di formazione. Per l'individuazione di nuove classi di inquinanti, ad esempio particolati di dimensioni progressivamente più piccole, o per adeguamenti dei limiti di allerta è richiesta la caratterizzazione sempre più dettagliata della composizione e degli effetti sull'ambiente dei prodotti di combustione. E' pertanto richiesto lo sviluppo continuo di metodi diagnostici e di analisi avanzati necessari per gli studi di base e il monitoraggio di sistemi pratici. Di notevole interesse corrente è anche lo sviluppo di metodi innovativi per la cattura della CO2 emessa, per il quale è di particolare rilevanza l'individuazione e caratterizzazione di materiali adsorbenti a basso costo. (literal)
Tecniche di indagine
  • Campionamento ed analisi gascromatografica on-line e off-line per l'analisi di strutture di fiamma e prodotti di combustione. Termometria veloce. Cromatografia Liquida ad alta pressione (Fase inversa, Size exclusion) per la valutazione di inquinanti aromatici (IPA, ecc.) Cromatografia Liquida ad esclusione di forma per la determinazione di pesi molecolari.Spettrometria di massa con diversi tipi di analizzatore e sistemi di ionizzazione per analisi di inquinanti organici a basso ed alto peso molecolare, on-line ed off-line. Assorbimento di luce ed emissione indotta da radiazione laser (fluorescenza, incandescendenza). Analisi della Mobilità Differenziale, DMA, per la misura \"on line\" della distribuzione delle dimensioni di particelle nanometriche; elettrospray-DMA per misure \"off line\" di particelle in sospensione. Dynamic Light Scattering, DLS, per la misura della distribuzione dei diametri di particelle. Termogravimetria Spettrofotometria di assorbimento IR, UV visibile e spettroscopia di emissione. Scattering elastico ed anelastico di luce laser. Microscopia a Forza Atomica Spettroscopia laser ultraveloce Spettroscopia Raman e Spettroscopia Raman amplificata (literal)
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