Obiettivo 2: Stoccaggio,
trasporto e trasformazione in derivati ed e-fuels
REFERENTE/I
Simona Barison – CNR
simona.barison@cnr.it
Attività
Sviluppo di sistemi innovativi a membrana, efficienti e sostenibili, sia a base polimerica che metallica, che comprende sia lo studio di nuovi materiali, sia lo sviluppo di dispositivi e processi per la separazione dell’idrogeno in diversi range di temperatura.
In particolare l’attività prevede:
-Lo sviluppo di membrane polimeriche a base di PEEK solfonato, alternativo al Nafion®, ottimizzando la procedura di casting per stabilizzare la mobilità protonica
-Lo sviluppo di membrane a base metallica a basso impatto ambientale e in cui si vuole sostituire il palladio, elemento critico e costoso usato attualmente
-La valutazione delle proprietà di separazione e trasporto di membrane a base polimerica e metallica in diverse condizioni operative.
Figura 1
Test di reversibilità, di durata e spettri gas-massa del gas purificato in membrane polimeriche
Risultati
In ambito polimerico è stata effettuata la reazione di funzionalizzazione del PEEK che ha introdotto il gruppo solfonico nella catena polimerica e sono state sviluppate membrane ottimizzate con buona stabilità elettrochimica. Sono stati condotti test di purificazione utilizzando miscele di idrometano con o senza odoranti. E’ stata verificata la reversibilità e non è stato rilevato metano all’uscita della cella.
In ambito metallico sono state sviluppate membrane basate su composizioni a basso impatto ambientale, come a base di una lega di Ti, Cr e V o ad alto contenuto di Nb ed è stato valutato l’impatto ambientale con life cycle assessment.
Sono state valutate le proprietà di trasporto di un modulo a fibra cava in polidimetilsilossano / polisulfone commerciale in diverse condizioni operative. Attualmente in corso la valutazione delle proprietà di trasporto di membrane metalliche a film sottile.
Figura 2
Sezione di membrana con film di lega CrVTi tra due film sottili di Pd su substrato ceramico poroso e flussi di idrogeno in varie composizioni testate. Comparazione degli impatti ambientali di membrane a differente contributo di Pd
Figura 3 – A sinistra, schema della configurazione a doppio stadio utilizzata per la separazione di una corrente di idrometano. Mappe di prestazione per gli stadi di separazione con membrana metallica. A destra, setup sperimentale per la misura della permeazione ai gas delle membrane polimeriche e metalliche; esempio di flusso permeante in funzione della forza spingente di membrane di Pd-Ag tubolari
Team di ricerca
Simona Barison – CNR ICMATE
Alessandra Carbone – CNR ITAE
Giuseppe Barbieri – CNR ITM
Il gruppo di ricerca riunisce competenze complementari in
- sviluppo di membrane a base metallica e di life cycle assessment (ICMATE Istituto di Chimica della Materia condensata e di Tecnologie per l’Energia);
- sviluppo di membrane a base polimerica alternative al Nafion® (CNR ITAE (Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia), Messina) ;
- studio delle proprietà di selettività e di trasporto delle membrane (CNR ITM (Istituto per la Tecnologia delle Membrane), Rende (CS)
In collaborazione con:
Documenti
Mohtashamifar A., Battiston S., Fasolin S., Fiameni S., Visentin F., Barison S., Life Cycle Assessment and Critical Raw Materials Analysis of Innovative Palladium-Substituted Membranes for Hydrogen Separation, Membranes, 2025, 15, 310. https://doi.org/10.3390/membranes15100310
Agresti F., Angella G., Arshad H., Barison S., Barreca D., et al., Sustainable Materials for Energy, Nanomaterials 2025, 15, 1388. https://doi.org/10.3390/nano15181388
Kallupadi V. P., Patti A., Gatto I., Carbone A., Highly Sulfonated PEEK Membranes with Tuned Physico-Chemical Properties for PEM FUEL CELLS and Electrochemical H2 Purification, International Congress on Sustainable Energy and related Technologies ICSET 2025, June 22-26, 2025, Lipari, Italy.
Kallupadi V. P., Librizzi F., D’Agostino R., Patti A., Gatto I., Carbone A., Physically modified protonic sPEEK membranes for enhanced performance in electrochemical hydrogen purification, paper in preparation.
