Obiettivo 1: Produzione di idrogeno verde e pulito
REFERENTE/I
Claudio Evangelisti – CNR
claudio.evengelisti@cnr.it
Attività
Progettazione e sviluppo di catalizzatori eterogenei mono- e bimetallici privi/a basso contenuto di metalli nobili. PGMs/CRMs. Sono impiegati approcci innovativi per la deposizione della fase metallica e supporti con elevata proprietà di trasporto dell’ossigeno o ossidi o miscele di ossidi di origine naturale con proprietà basiche, con l’obiettivo di incrementare le proprietà catalitiche a bassa temperatura (< 600 °C), ridurre l’avvelenamento da coke ed incrementare la resistenza all’avvelenamento da H2S. Sono stati inoltre sviluppati di reattori a membrana a base di Pd e/o sue leghe autosupportate, integrati con i catalizzatori innovativi al fine di produrre H2 ultrapuro. Il fine ultimo della linea di ricerca è il trattamento di maggiori portate di biogas, al fine di produrre maggiori quantità di H2, senza produrre un impatto netto sul rilascio di CO2 in atmosfera.
Figura 1
Stazioni di prova, schema di un set up sperimentale e esempio di un reattore a membrana impiegati per lo studio dei processi di reforming
Risultati
Sono stati sviluppati di catalizzatori eterogenei mono- (Ni) e bimetallici (Ni, Ni-Ru, Ni-Mo) supportati su ossidi inorganici di varia natura per processi catalitici di reforming del metano/biogas. Sono stati individuate le migliori metodologie sintetiche al fine di ottenere un’elevata produttività di idrogeno e stabilizzare la fase metallica dalla sinterizzazione anche mediante metodi avanzati di caratterizzazione morfologico-strutturale. Sono stati ottimizzati dei parametri operativi per ottenere un’elevata produttività di idrogeno molecolare. E’ stata valutata l’influenza di contaminanti (es. H2S) sulle prestazioni (attività, tempo di vita, deposizione di coke). Sono stati sviluppati reattori a membrana a base di Pd e/o sue leghe supportate (es. Pd-Au) integrati con i catalizzatori innovativi per il reforming del biogas, al fine di produrre idrogeno ultrapuro.
Figura 2
Esempi di catalizzatori eterogenei sviluppati per processi di dry reforming di biogas
Figura 3
Esempi di catalizzatori eterogenei sviluppati per processi di steam reforming di biogas
Team di ricerca
Il team è costituito da gruppi di ricerca in forza presso 8 Istituti diversi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), afferenti rispettivamente al Dipartimento di Scienze Chimiche e Tecnologia dei Materiali (DSCTM) ed al Dipartimento di Ingegneria, ICT e Tecnologie per l’Energia e i Trasporti (DIITET). In particolare i referenti per i singoli istituto sono: C. Evangelisti, (ICCOM); V. Dal Santo, F. Bossola (SCITEC); C. Giannini, R. Caliandro (IC); C. Italiano, A. Vita (ITAE); A. Iulianelli (ITM); G. Landi (STEMS); L.F. Liotta, V. La Parola (ISMN); F. Miccio (ISSMC). La ricerca sviluppata rappresenta un eccellente esempio di sinergia tra gruppi di ricerca di livello internazionale, distribuiti su tutto il territorio, che hanno collaborato in modo trasversale per raggiungere gli obiettivi finali del progetto.
In collaborazione con:
Documenti
G. Sorbino et al., Unveiling the role of Ni nanometric particles in ultra-stable hierarchically porous Y zeolite to drive methane steam reforming and CO2 hydrogenation, International Journal of Hydrogen Energy, 103 (2025) 887-900. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.01.244.
Y. Nalbant Atak et al., Thermo-economic analysis of an integrated membrane reactor and CO2 capture system producing hydrogen, Energy Conversion and Management, 326 (2025) 119506. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2025.119506.
H.B.Trujillo Ruales et al., Low impact emissions H2 production via biogas steam reforming in a foam structured membrane reactor: Energy efficiency and exergy analyses, and H2 production cost assessment, Energy Conversion and Management 326 (2025) 119504. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2025.119504.
G. Sorbino et al., Novel Ni–Ru/CeO2 catalysts for low-temperature steam reforming of methane, International Journal of Hydrogen Energy (2024) in press. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.07.385.
A. Bakhtyari et al., Conversion of Lignin-derived Ketonic Intermediate to Fuel Products: Syngas-assisted vs. Conventional Hydrotreating, Fuel Processing Technology, 256 (2024) 108077. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2024.108077.
E. Punzi et al., Ultrasmall Nickel Nanoparticles on a Covalent Triazine Framework for Ammonia Borane Hydrolysis and Transfer Hydrogenation of Nitroaromatics, ACS Appl. Nano Mater. 7 (2024) 6916-6926. https://doi.org/10.1021/acsanm.3c05844.
H.B. Trujillo Ruales et al., Reformer + Membrane Separator Plant for Decarbonized Hydrogen Production from Biogas/Biomethane: an Experimental Study combined to Energy Efficiency and Exergy Analyses, Energy Conversion and Management, 315 (2024) 118748. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118748.
K. Ghasemzadeh et al., Parametric and sensitive analysis of Pd-Ag MR performance in biogas reforming to generate decarbonized hydrogen by CFD-RSM method, Fuel, 365 (2024) 131205. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.131205.
A. Storione et al., Improvement of Process Conditions for H2 Production by Chemical Looping Reforming, Energies 17(7) (2023) 1544. https://doi.org/10.3390/en17071544.
S. Saeedi et al., Methane Reforming Processes: Advances on Mono-and Bimetallic Ni-Based Catalysts Supported on Mg-Al Mixed Oxides, Catalysts 13(2) (2023) 379. https://www.mdpi.com/2073-4344/13/2/379.
M. Binazadeh et al., Membrane Reactors for Hydrogen, Generation: from Single Stage to Integrated Systems, International Journal of Hydrogen Energy, 48 (2023) 39225-39253. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.06.266.
A. Iulianelli et al., An integrated two stages inorganic membrane-based system to generate and recover decarbonized H2: an experimental study and performance indexes analysis, Renewable Energy, 210 (2023) 472-485. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.04.095.
