LA1.2.1 – Ricerca e sviluppo di soluzioni innovative atte a incrementare la stabilità/durata delle membrane nei processi di conversione dei combustibili/biocombustibili in idrogeno

Obiettivo 1: Produzione di idrogeno verde e pulito

REFERENTE/I

Salvatore Esposito – ENEA

salvatore.esposito@enea.it

Attività

Nei reattori per la produzione di idrogeno (H2), le membrane di palladio (Pd) sono tra le più utilizzate dal momento che questo metallo mostra una buona permeazione all’H2. Essendo il Pd molto costoso, sono privilegiate membrane di Pd o di sue leghe metalliche con spessori di pochi µm depositate su supporti metallici porosi per conferire alla membrana una adeguata resistenza meccanica. Tuttavia, l’impiego di tali supporti metallici, caratterizzati da una porosità media elevata e disomogenea, rende difficile la fabbricazione di strati sottili di Pd o di sue leghe metalliche liberi da difetti, e comporta la diffusione indesiderata di elementi metallici dal supporto verso questi strati metallici. Il primo obiettivo dell’attività è sviluppare soluzioni atte a rendere la superficie del supporto idonea per la successiva deposizione del Pd o di sue leghe metalliche e a bloccare o rallentare la diffusione degli elementi metallici inquinanti provenienti dal supporto. Un secondo fattore che compromette la durabilità delle membrane è la presenza di impurità negli ambienti di reazione. Il secondo obiettivo dell’attività è sviluppare soluzioni in grado di proteggere gli strati sottili di Pd o di sue leghe metalliche dalle molecole avvelenanti senza limitare il passaggio dell’H2.

Figura 1

Struttura della membrana per la permeazione dell’H2

Risultati

  • Progettazione e realizzazione di un dispositivo sperimentale e prototipale per effettuare test di permeazione dell’H2 su membrane piane di dimensioni 5 cm × 5 cm e spessore massimo 5 mm. Il dispositivo è in grado di operare alla massima pressione di 10 bar e alla massima temperatura di 600 °C
  • Caratterizzazione morfo-strutturale dei supporti metallici porosi che ha permesso di selezionare la lega «Hastelloy X» come miglior candidato in qualità di supporto metallico poroso
  • Realizzazione, attraverso tecnica sol-gel e deposizione per spin/dip-coating, di strati sottili ceramici in grado di rendere la superficie del supporto idonea alla successiva deposizione del Pd o di sue leghe metalliche e in grado di bloccare la diffusione di elementi metallici provenienti dal supporto (materiali selezionati: ossido di cerio CeO2, ossido di zirconio ZrO2, e ossido di zirconio stabilizzato con ossido di ittrio ZrO2:Y2O3)
  • Realizzazione di strati sottili di Pd tramite la tecnica di deposizione del magnetron sputtering
  • Realizzazione tramite la tecnica di deposizione del magnetron sputtering di strati sottili ceramici a base di ossidi di alluminio in grado di proteggere gli strati sottili di Pd o di sue leghe metalliche dalle molecole avvelenanti presenti negli ambienti di reazione dei reattori

Figura 2

Dispositivo sperimentale e prototipale per le misure di permeazione dell’H2

Figura 3

Analisi SEM-EDX dell’Hastelloy X

Figura 4

Caratterizzazioni morfo-strutturali del ZrO2:Y2O3

Figura 5

Caratterizzazioni AFM dello strato protettivo a base di ossidi di alluminio

Principali competenze del team di ricerca

  • Fabbricazione di film sottili ceramici, metallici, metallo-ceramici (compositi) tramite tecnica di magnetron sputtering
  • Fabbricazione di film sottili ceramici attraverso tecnica sol-gel e deposizione per spin/dip-coating
  • Trattamenti al plasma
  • Test di ageing accelerati  in vuoto e in aria
  • Caratterizzazioni ottiche e morfo-strutturali dei materiali

Team di ricerca

Salvatore Esposito – ENEA
Antonio D’Angelo – ENEA
Claudia Diletto– ENEA
Antonio Guglielmo – ENEA
Gabriella Rossi – ENEA
Raffaele Volpe – ENEA

In collaborazione con:

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