Obiettivo 2: Stoccaggio,
trasporto e trasformazione in derivati ed e-fuels
REFERENTE/I
Brigida Alfano – ENEA
brigida.alfano@enea.it
Attività
L’attività si inserisce nella strategia europea sull’idrogeno, che prevede anche il riutilizzo delle reti esistenti di gas naturale per trasportare idrogeno o sue miscele. Tuttavia, l’idrogeno può penetrare negli acciai delle tubazioni e indebolirli nel tempo (fragilità da idrogeno), con possibili rischi per sicurezza e durata degli impianti. Il progetto mira a sviluppare rivestimenti innovativi (coating) a base di grafene, un materiale avanzato, in grado di bloccare la diffusione dell’idrogeno. Questi coating dovranno proteggere le tubazioni dalla corrosione, rendendo più sicuro il trasporto. Le attività prevedono la progettazione e ottimizzazione di diversi coating, la verifica delle loro prestazioni in laboratorio e lo sviluppo di tecnologie per applicarli su componenti reali. Sarà inoltre studiata la possibilità di trasferire questi processi su scala industriale, sia per nuove installazioni sia per il recupero di tubazioni esistenti. L’obiettivo finale è validare almeno una soluzione efficace, pronta per future applicazioni nel trasporto sicuro dell’idrogeno.
Figura 1
Schema illustrativo dell’utilizzo del grafene come rivestimento interno delle tubazioni per il trasporto di idrogeno: il grafene riduce la diffusione dell’H₂ nell’acciaio, limita la corrosione e la formazione di cricche, aumentando sicurezza e durata delle infrastrutture
Risultati
- Il grafene rappresenta un materiale particolarmente promettente grazie alla sua elevata impermeabilità, resistenza meccanica e capacità di agire come barriera contro corrosione e permeazione dell’idrogeno. Un approccio innovativo consiste nella deposizione elettrochimica del grafene direttamente sulla superficie dell’acciaio mediante voltammetria ciclica. Durante il processo, il grafene viene ossidato e successivamente parzialmente ridotto, formando un rivestimento aderente al substrato metallico. Le caratterizzazioni effettuate mediante microscopia elettronica (SEM), spettroscopia Raman ed analisi EDX confermano la presenza di depositi a base di grafene e mostrano come i parametri elettrochimici influenzino qualità, spessore e uniformità del rivestimento. I risultati evidenziano che la tecnica consente di ottenere rivestimenti protettivi senza ricorrere a processi chimici complessi e ad alto impatto ambientale.
Figura 2
Schema illustrativo del processo di deposizione elettrochimica del grafene su acciaio API 5L X65 mediante voltammetria ciclica.
Nella Figura 3 a sinistra è mostrato lo schema del sistema di misura elettrochimico utilizzato per le prove di permeazione dell’idrogeno, la cella di Devanathan–Stachurski. Sotto, il grafico confronta la risposta alla permeazione per diversi campioni: senza rivestimento, con inchiostro di grafene e con grafene CVD, evidenziando una significativa riduzione della permeazione nel caso del grafene CVD.
A destra della Figura 3 sono presentati i risultati su film polimerici PVA rinforzati con grafene: il dispositivo sperimentale “PermeH₂” e i relativi grafici mostrano l’andamento della permeazione nel tempo. A 25 °C e 0% di umidità relativa è possibile osservare una drastica riduzione del tasso di trasmissione dell’idrogeno (HTR), passando da 22 a meno di 5,5 cm³/(m²·24 h). Questi risultati dimostrano chiaramente l’efficacia del grafene nel ostacolare la diffusione dell’idrogeno
Figura 3
risultati delle prove di permeazione
Team di ricerca
Brigida Alfano – ENEA
Ettore Massera – ENEA
Tiziana Polichetti – ENEA
Maria Lucia Miglietta – ENEA
Mattia Pelucchi – PhD
Maria Cabrini – Uni Bergamo
Il gruppo di ricerca riunisce competenze complementari in Fisica, Chimica e Ingegneria dei Materiali, maturate presso università italiane e successivamente orientate verso lo sviluppo di nanotecnologie, materiali avanzati e sensori innovativi
In collaborazione con:
Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate, Università di Bergamo
Documenti
Pelucchi, M.; Alfano, B.; Lama, G.C.; Rosa, R.P.; Cabrini, M., “Preliminary Study on Electrochemical Deposition of Graphene on Steel Substrate via In Situ Oxidation Using Cyclic Voltammetry”, Materials 2025, 18, 2440, https://doi.org/10.3390/ma18112440
