Obiettivo 2: Stoccaggio,
trasporto e trasformazione in derivati ed e-fuels
REFERENTE/I
Giuseppe Bonura – CNR
giuseppe.bonura@cnr.it
Attività
L’attività è finalizzata allo Sviluppo di processi catalitici innovativi per la conversione di H2 e CO2 in vettori liquidi organici ad alta densità energetica:
idrogenazione della CO2 ad acido formico (HCOOH);
idrogenazione della CO2 a metanolo (MeOH);
disidratazione del metanolo a dimetiletere (DME);
idrogenazione diretta della CO2 a DME.
Sintesi, caratterizzazione e testing di:
catalizzatori omogenei a base di metalli non nobili;
catalizzatori eterogenei Cu-based e multifunzionali;
sistemi strutturati e membrane catalitiche.
Validazione sperimentale su scala di laboratorio:
reattori catalitici e reattori a membrana operanti in continuo;
studi operando/in situ per identificazione di specie attive e meccanismi di reazione.
Figura 1
Processi catalitici per l’immagazzinamento di idrogeno in vettori liquidi organici ad alta densità energetica (HCOOH, MeOH e DME)
Risultati
Mese 0-6: Allestimento set-up di reazione e sintesi del catalizzatore Cu-ZnO-Al2O3/γ-Al2O3 per la conversione diretta di CO2 in DME.
Mese 7-9: Sviluppo di nuovi catalizzatori e primi test su reattori a membrana per DME da MeOH.
Mese 10-12: Selezione dei migliori supporti e sintesi di catalizzatori strutturati via robocasting.
Mese 13-18: Ottimizzazione della conversione CO2 → HCOOH in condizioni blande di catalisi omogenea.
Mesi 19–24: Incremento delle prestazioni catalitiche di sistemi 3D: conversione CO2 ³6%, selettività DME ~40% e stabilità >100 h.
Mese 25-27: Studio dei meccanismi di reazione tramite DRIFT operando e identificazione del ruolo chiave delle specie formiato e Cu⁰/Cu⁺.
Mesi 28–32: Caratterizzazione avanzata e ottimizzazione dei catalizzatori strutturati e dei processi di sintesi MeOH/DME in condizioni industrialmente rilevanti.
Mesi 33–36: Ottimizzazione di robocasting, formulazioni catalitiche e reattori a membrana per aumentare resa e selettività.
Mesi 37–42: Validazione finale di un sistema integrato a doppio stadio per massimizzare la produzione di DME da CO2.
Figura 2
Principali risultati ottenuti con obiettivi raggiunti
Team di ricerca
Team di ricerca
Co-realizzatore responsabile: CNR
ITAE – Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia
«Nicola Giordano», Messina
Altri partecipanti:
ITM – Istituto per la Tecnologia delle Membrane,
Rende (CS)
ICCOM – Istituto di Chimica dei Composti
Organometallici, Sesto Fiorentino (FI)
SCITEC – Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche
“Giulio Natta”, Milano
In collaborazione con:
ENEA, Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile
Documenti
Articoli
Kostera, Sylwia, Weber, Stefan, Blaha, Ines, Peruzzini, Maurizio. Kirchner, Karl, Gonsalvi, Luca Base- and Additive-Free Carbon Dioxide Hydroboration to Methoxyboranes Catalyzed by Non-Pincer-Type Mn(I) Complexes, ACS Catalysis, Vol 13, Issue 6, 2023 https://doi.org/10.1021/acscatal.3c00020
Elisa Avruscio, Adele Brunetti, Enrico Catizzone, Massimo Migliori, Girolamo Giordano, Giuseppe Barbieri, Selective methanol-to-dimethyl ether conversion in a through-flow γ-Al2O3 catalytic membrane contactor: Performance and comparative analysis,
Applied Catalysis A: General, Volume 710, 2026, https://doi.org/10.1016/j.apcata.2025.120683
Elisa Avruscio, Abduljelil W. Sabir, Adele Brunetti, Yea Young Lee, Pyung Soo Lee, Giuseppe Barbieri, Stable methanol-to-DME conversion in catalytic membrane contactor enabled by bilayer ZSM-5 membranes with spatially engineered acidity, Chemical Engineering Journal, Volume 534, 2026, https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.174978
Kostera, Sylwia, Gonsalvi, Luca Manganese(I) Catalyzed CO2 Reduction Processes in Homogenous Phase, ChemCatChem
Vol. 16, Issue – 7, 2024 https://doi.org/10.1002/cctc.202301391
E. Avruscio, A.W. Sabir, G. Barbieri, P.S. Lee, E. Catizzone, M. Migliori, A. Brunetti, Enhancing dimethyl ether production as a renewable fuel using a high-performance BEA zeolite membrane reactor, Renewable Energy, Volume 256, Part D, 2026, https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.124187
Sylwia Kostera, Chiara Lenzi, Saikat Pal, Francesco Calcagno, Ivan Rivalta, Rita Mazzoni, Luca Gonsalvi, Carbon dioxide hydrogenation to formate catalyzed by phosphine-free ruthenium(0) cyclopentadienone complexes stabilized by NHC ligands, Journal of Catalysis, Volume 460, 2026, https://doi.org/10.1016/j.jcat.2026.116896
S. Kostera, G. Manca, L. Gonsalvi, Chem. Carbon Dioxide Hydrogenation to Formate Catalyzed by a Neutral, Coordinatively Saturated Tris-Carbonyl Mn(I)-PNP Pincer-Type Complex. Eur. J.29, 2023 https://doi.org/10.1002/chem.202302642
Sylwia Kostera, Alberto Gobbo, Massimo Guelfi, Stefano Zacchini, Gabriele Manca, Fabio Marchetti, Luca Gonsalvi,
Carbon dioxide hydrogenation to formate catalyzed by highly active Ru-tris(pyrazolyl)methane complexes,
Journal of Catalysis, Volume 450, 2025, https://doi.org/10.1016/j.jcat.2025.116231
Pasquale Francesco Zito, Adele Brunetti, Giuseppe Barbieri, Hydrogen concentration and purification by membrane process: A multistage analysis, Renewable Energy, Volume 218, 2023, https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.119243
Orali a convegni
S. Kostera, S. Weber, I. Blaha, M. Peruzzini, K. Kirchner, L. Gonsalvi. Highly Selective and Efficient Carbon Dioxide Hydroboration to Methoxyboranes Catalyzed by Mn(I) Organometallic Complexes. ICCOM Scientific Days, Pisa 9-10 novembre 2023. Poster no. P21.
F. Frusteri, C. Cannilla, G. Bonura. Direct Hydrogenation of CO2 to DME: Far to Develop a Suitable Catalyst? 13th Natura Gas Conversion Symposium, 21-25 Aprile 2024, Xiamen, China (Invited Lecture).
C. Cannilla, S. Todaro, M. Santoro, A. Mezzapica, F. Frusteri, G. Bonura. Discovering active sites and rate limiting steps behind the direct synthesis of DME via CO2 hydrogenation. 13th Natura Gas Conversion Symposium, 21-25 Aprile 2024, Xiamen, China (Invited lecture).
S. Todaro, C. Cannilla, M. Santoro, S. Donato, M. Samperi, M. Failla, A. Cajumi, F. Arena, G. Bonura. Reactivity and stability of zeo-type materials during conversion of dimethyl ether into light olefins. YOURHETCAT, 2nd Forum of Young Researchers on Heterogeneous Catalysis, Szeged (Ungheria), 14-17 nov 2024.
G. Bonura. Sintesi catalitica di metanolo ed etere dimetilico quali vettori liquidi di idrogeno. Comunicazione a giornata divulgativa – AdP POR H2 “Ricerca e Sviluppo sull’Idrogeno”, Università della Calabria – Rende (CS), 25/11/2024.
M. Samperi, G. Bonura, M. Santoro, S. Todaro, A. Cajumi, M. Failla, F. Arena, C. Cannilla. Unveiling the deactivation process of Amberlyst-15 in the etherification reaction of glycerol with ethanol. International Conference on Environmental Catalysis (ICEC 2025) 2-5, June 2025, Palermo (Italy).
C. Cannilla, M. Santoro, S. Todaro, M. Samperi, H. Solt, E. Talas, F. Lónyi, F. Arena, G. Bonura. Effect of the pre-activation conditions on the nature of the active sites generated during CO2 hydrogenation to MeOH over Cu-based catalysts. Int. Conf. on Environmental Catalysis (ICEC 2025) 2-5, June 2025, Palermo (Italy).
F. Frusteri, C. Cannilla, S. Todaro, F. Randazzo, M. Failla, M. Samperi, A. Cajumi, M. Santoro, G. Bonura. “Direct Hydrogenation of CO2 to DME: Far to Develop a Suitable Catalyst? 1st International Congress on Sustainable Energy and related Technologies (ICSET 2025) 22-26 June 2025 Lipari (Eolian Islands, Messina, Italy).
A. Brunetti, E. Avruscio, A. W. Sabir, P. S. Lee, E. Catizzone, M. Migliori, G. Barbieri. Innovative BEA zeolite membrane reactor for efficient conversion of methanol to DME. 1st International Congress on Sustainable Energy and related Technologies (ICSET 2025), June 22-26, 2025, Lipari (Italy). (Submitted as oral presentation).
A. Brunetti, E. Avruscio, A. W. Sabir, P. S. Lee, G. Barbieri. Sustainable e-fuel production: catalytic and photocatalytic membrane innovations. 9th International Hydrogen Technologies Congress (IHTEC-2025), May 25 – 28, 2025, Izmir, Türkiye. (Invited lecture).
