LA1.1.33 – Materiali innovativi redox per la produzione di idrogeno attraverso processi termochimici a due step di water splitting

Attività

Il metodo più interessante per sostituire i tradizionali processi di produzione dell’idrogeno basati su combustibili fossili è il water splitting. Questa tecnica può essere realizzata attraverso l’elettrolisi, utilizzando energia elettrica, oppure tramite termolisi, impiegando energia termica.

Un’alternativa particolarmente promettente consiste nell’impiegare il calore fornito da impianti solari a concentrazione (CSP).

Una scissione termica diretta dell’acqua si verificherebbe a temperature molto elevate, superiori a 2.000°C, che porterebbero all’utilizzo di tecnologie e materiali difficilmente sostenibili per gli impianti CSP. Pertanto, per ridurre le temperature operative, il processo di decomposizione della molecola di acqua viene effettuato in più passaggi, utilizzando i cosiddetti cicli termochimici a due step “Thermochemical Water Splitting cycles” (TWSC).

In questa linea di attività si prevede lo sviluppo di nuove materiali, di tipo perovskiti, operanti a temperature inferiori a 1.000°C, al fine di rendere tecnologicamente praticabile l’accoppiamento tra il ciclo termochimico e il sistema solare a concentrazione asservito al processo.

Risultati

• •Screening teorico e sperimentale di diverse perovskiti, per individuare e sintetizzare, in forma di polvere, sistemi redox con temperatura dello step di riduzione inferiore ai 1.000°C, bassa tossicità e impatto ambientale, basso costo e disponibilità dei materiali.
• •Sviluppo di un metodo di sintesi basato su considerazioni di scalabilità e sicurezza, come alternativa a procedure precedentemente descritte in letteratura. Tutti i prodotti ottenuti sono stati quindi caratterizzati morfologicamente (XRD e SEM).
• •Definizione e acquisizione della strumentazione per l’analisi dell’ossidazione delle polveri con vapore (steam TGA).
• •Sviluppo di un modello termodinamico che descrive il processo di water shift (WS) dell’acqua a due step oggetto di studio.
• •Verifica sperimentale con analisi TGA della stabilità delle polveri sintetizzate ai cicli di riduzione con inerte e ossidazione con aria (fino a 1.000°C).
• •Cicli di riduzione e ossidazione mediante vapore, al fine di individuare il sistema redox più promettente rispetto a entrambe le reazioni di rilascio di ossigeno e produzione di idrogeno.
• •Sintesi e caratterizzazione del materiale migliore selezionato sotto forma di pellets per valutarne il comportamento in un reattore in scala di laboratorio opportunamente costruito.

In collaborazione con:

Sapienza Università di Roma e con L’Università Torvergata

Documenti