Descrizione del modulo "Nuovi materiali per produzione e 'storage' di idrogeno (PM.P03.005.002)"

Type
Label
  • Descrizione del modulo "Nuovi materiali per produzione e 'storage' di idrogeno (PM.P03.005.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Settori sempre più ampi dell'opinione pubblica stanno assegnando all'idrogeno un ruolo chiave nella soluzione delle problematiche ambientali. Peraltro, particolarmente nei centri urbani l'impatto delle emissioni pone alle abitudini di trasporto e mobilità sempre maggiori limitazioni. Tuttavia, si ritiene opportuno evidenziare che la risposta nel medio periodo per la produzione di idrogeno è quella decentrata in impianti di piccole dimensioni. La produzione di idrogeno da biomasse e residui è la base per la produzione integrata e sostenibile di H2 nei processi di bioraffineria. Mentre la produzione fotoelettrochimica è un'alternativa diretta per l'utilizzo e l'immagazzinamento dell'energia solare. Per quanto riguarda l'uso di bioetanolo come materia prima, invece, sono ad uno stadio di sviluppo commerciali metodi di produzione da fermentazione di biomassa, che non competono con l'alimentazione umana. Infine, lo sviluppo di materiali per lo stoccaggio on-board di H2 consentirebbe lo sviluppo di flotte di autoveicoli con impatto nullo sulle emissioni locali, un obiettivo ambizioso per il trasporto urbano. (literal)
Tematiche di ricerca
  • L'ipotesi di contribuire alla soluzione dei problemi energetici futuri mediante l'attuazione di un'economia ad idrogeno non può prescindere dall'acquisizione di ulteriori cognizioni sulla sua produzione, purificazione e immagazzinamento. Il presente modulo intende offrire un approccio integrato e multidisciplinare al problema della produzione dell'idrogeno, attraverso lo sviluppo di materiali innovativi con elevate prestazioni. Le principali tematiche di ricerca sono le seguenti: 1. preparazione, caratterizzazione e screening di catalizzatori nanostrutturati per steam reforming di ossigenati (etanolo, glicerolo, acido acetico) a H2 e CO2 e la decomposizione di metanolo a syngas (miscela H2+CO). 2. Sviluppo di materiali carboniosi microporosi e di leghe metalliche per l'immagazzinamento di H2. 3. Sviluppo di fotocatalizzatori per \"fotosplitting/fotoreforming\" di soluzioni acquose di ossigenati rinnovabili (metanolo, etanolo, glicerolo). 4. Sviluppo di fotoelettrodi per splitting fotoelettrochimico dell'acqua (literal)
Competenze
  • Le competenze sono così riassumibili: a) sintesi di materiali a base di nanoparticelle mono e bimetalliche supportate su ossidi (meso)porosi con tecniche tradizionali (impregnazione, IW, etc.) e non (CVD (Chemical Vapour Deposition); b) sintesi di ossidi nanostrutturati mediante pirolisi in fiamma e metodi PE-CVD/PE-CVC; c) caratterizzazione avanzata della morfologia e delle proprietà superficiali della fase metallica in catalizzatori solidi con un approccio multitecnica; d) conduzione di test catalitici in flusso (steam reforming, decomposizione del metanolo); e) Caratterizzazione di materiali semiconduttori (fotocatalizzatori ed elettrofotocatalizzatori); f) conduzione di test foto e fotoelettrocatalitici. Le tecniche di indagine sono tutte adeguate per gli obiettivi prefissati. Più nel dettaglio la caratterizzazione di materiali catalitici viene effettuata mediante tecniche termoanalitiche (TPRD, TPOD, TPD, chemisorbimento), spettroscopiche in situ ed operando (DRIFT-MS, EXAFS-MS) con uso di molecole sonda, microscopia elettronica (HRTEM), analisi strutturale (XRD) e porosimetrica. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'attività riguarda aspetti strategici della ricerca di base relativi alla produzione di idrogeno, da gas di sintesi (CO e H2) mediante l'ossidazione parziale di metano e lo steam reforming di glicerolo. L'ingegnerizzazione dei siti attivi tramite la nanostrutturazione per realizzare catalizzatori a basso carico a base di metalli nobili, e sistemi bimetallici a base di metalli meno costosi permetterebbe lo sviluppo di processi produttivi competitivi. In particolare la comprensione dei meccanismi di reazione e disattivazione sono utilizzabili come base per la progettazione di processo. La ricerca sullo stoccaggio di H2 è ancora in fase embrionale e ad oggi non esistono sistemi commerciali per questa applicazione. Pertanto lo sviluppo di un materiale efficiente fornisce ampie possibilità di sviluppo di sistemi tecnologicamente originali. (literal)
Tecnologie
  • Lo sviluppo di sistemi catalitici attivi e stabili per lo steam reforming di polioli può trovare applicazioni nel campo della produzione industriale di idrogeno e quindi intervenire nell'ambito dei nuovi combustibili/vettori energetici per il settore della mobilità sostenibile ad alta efficenza e ridotto impatto ambientale. Lo sviluppo di fotocatalizzatori attivi nella produzione di idrogeno da biomasse e in grado di utilizzare la frazione visibile dello spettro di emissione solare rappresenta uno degli aspetti centrali per lo sviluppo di processi energeticamente sostenibili per la produzione di idrogeno. I risultati finora ottenuti nel campo dello stoccaggio di H2 consentono invece di gettare le basi per la modellazione di un serbatoio reale. (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi di questo modulo comprendono: 1. Sviluppo di catalizzatori nanostrutturati a base di metalli nobili (Ru) e non (Ni, Co, Cu, etc.) per lo steam reforming di glicerolo, etanolo, acido acetico. 2. Sviluppo di fotocatalizzatori nanostrutturati a base di nanoparticelle di metalli con assorbimento plasmonico a base di biossido di titanio drogato e ridotto, attivi in luce UV e solare. 3. Sviluppo di fotoelettrodi a base di ematite nanostrutturata per lo splitting fotoelettrochimico dell'acqua. 3. Sviluppo di materiali microporosi per lo stoccaggio di H2 a base di carboni superattivati drogati con metalli non nobili. 4. Modellazione di un possibile serbatoio per immagazzinamento di H2 in veicoli. (literal)
Stato dell'arte
  • Il reforming di materie prime rinnovabili e/o di sottoprodotti industriali può rappresentare una delle vie possibili, nel breve-medio termine, per la produzione di idrogeno da utilizzare sia come intermedio e che come vettore energetico. Manca però un approccio di base riguardante lo studio delle relazioni proprietà-struttura per la comprensione della reattività e per l'ottimizzazione dei sistemi. La prevenzione della deposizione di coke, e l'effetto della nanostrutturazione sono i due aspetti centrali. La decomposizione di (bio)metanolo è interessante poichè il syngas ottenuto può alimentare turbine ad alto rendimento. Il fotoreforming e lo splitting fotoelettrochimco sono invece processi che, utilizzando energia solare e operando a bassa temperatura, sono virtualmente completamente sostenibile. In vista di una possibile applicabilità rimangono tuttavia aperte diverse problematiche quali l'utilizzo efficiente della frazione visibile dello spettro solare, la stabilità dei sistemi e la loro produttività. Infine, per lo stoccaggio reversibile di H2 non è ancora stato sviluppato nessun materiale in grado di raggiungere gli obiettivi DoE a breve o medio termine. (literal)
Tecniche di indagine
  • L'approccio che sta alla base dell'attività di questo modulo è la progettazione di sistemi catalitici attraverso la derivazione di relazioni proprietà-struttura. La caratterizzazione morfologico/strutturale della fase metallica supportata (nanoparticelle, siti isolati e/o difettivi) e la valutazione delle prestazioni catalitiche sono i due pilastri dell'attività. In quest'ambito vengono utilizzate sia metodologie per la valutazione delle prestazioni catalitiche (microimpianti da laboratorio operanti in flusso con reattori aletto fisso e analisi on-line dei prodotti di reazione) sia metodologie avanzate di caratterizzazione quali spettroscopie in-situ ed operando; uso di molecole sonda, tecniche termoanalitiche, etc. Sono state sviluppate una camera di reazione per studi operando-DRIFTS ed una cella per studi in-situ XAS è istallata presso la linea EXAFS del Sincrotrone Elettra di Trieste. Inoltre, l'attenzione per gli sviluppi applicativi dei materiali studiati ha indotto la messa a punto di impianti per il test di materiali in condizioni simili a quelle l'uso (ad esempio per la quantificazione della quantità di H2 effettivamente \"delivered\" dopo adsorbimento in pressione). (literal)
Descrizione di

Incoming links:


Descrizione
data.CNR.it