Obiettivo 2: Stoccaggio,
trasporto e trasformazione in derivati ed e-fuels
REFERENTE/I
Gennaro Gentile – CNR
gennaro.gentile@cnr.it
Silvia Maria Deambrosis – CNR
silvia.deambrosis@cnr.it
Attività
L’attività è finalizzata allo sviluppo di coating innovativi con proprietà di hydrogen permeation barrier (HPB), progettati per limitare la permeazione dell’idrogeno in materiali metallici e ridurre fenomeni di infragilimento e degradazione, che possono compromettere sicurezza, affidabilità e durata dei componenti impiegati nelle tecnologie per l’idrogeno.
I coating sviluppati, a base di matrici polimeriche contenenti nanostrutture 2D e ceramico-metallici, mirano a garantire elevate prestazioni e sostenibilità ambientale.
Le attività comprendono la progettazione e realizzazione dei coating e la definizione dei parametri utili a valutare le prestazioni dei coating. Particolare attenzione è rivolta all’ottimizzazione della struttura e della morfologia dei coating, anche multilayer, attraverso il controllo della distribuzione delle fasi. I materiali sono analizzati mediante tecniche avanzate di caratterizzazione chimica, morfologica e meccanica, oltre a test di permeabilità all’idrogeno, adesione, resistenza alla corrosione e stabilità in atmosfera di idrogeno.
Vengono inoltre sviluppati prototipi su acciaio e valutate la durabilità dei coating, la sostenibilità ambientale dei processi tramite analisi LCA e la trasferibilità su scala industriale.
Figura 1
Obiettivi e attività della Linea 2.2.4
Risultati
Sviluppo e ottimizzazione di coating avanzati per la protezione di componenti destinati al trasporto di idrogeno:
o Sistemi polimerici via ultrasonic spray deposition, a base di polivinilalcol modificati/acido poliacrilico additivati con nanofiller 2D (grafene, MXeni, clay) → Mostrano buone proprietà barriera all’H2, confermate da test di permeabilità. Sono stati introdotti nei coating componenti bioattivi per conferire proprietà anticorrosive e antifouling.
o Rivestimenti ossidici doppio strato TiO₂/Al₂O₃, ottenuti via MOCVD e ottimizzati mediante trattamenti termici → Risultano omogenei e stabili anche in atmosfera di H2 (10 bar, 240 h).
o Coating a base di nitruri (TiAlN e TiAlSiN), depositati tramite magnetron sputtering (DCMS, HiPIMS) → Evidenziano elevata uniformità, buona adesione e stabilità chimico-strutturale dopo esposizione a H2. I test SIMS e di permeabilità sono promettenti.
Le attività hanno portato alla definizione dei processi di deposizione, alla produzione di prototipi su acciaio e alla validazione preliminare delle proprietà di barriera all’idrogeno e anticorrosione, supportata da caratterizzazioni multi-tecnica e analisi di sostenibilità basate su LCA, evidenziando un elevato potenziale applicativo.
Figura 2
Coating HPB realizzati nella Linea 2.2.4: a) coating a matrice polimerica contenenti Mxeni, ottenuti mediante ultrasonic spray deposition; b) coating a base di nitruri di Ti-Al preparati mediante magnetron sputtering; c) coating ossidici cresciuti mediante MOCVD.
Team di ricerca
S.M. Deambrosis – CNR ICMATE
E. Miorin – CNR ICMATE
F. Montagner – CNR ICMATE
C. Mortalò – CNR ICMATE
V. Zin – CNR ICMATE
N. El Habra – CNR ICMATE
A. Galenda – CNR ICMATE
F. Visentin -CNR ICMATE
S.Battiston – CNR ICMATE
S.Fiameni – CNR ICMATE
G.Gentile – CNR IPCB
G.G. Buonocore – CNR IPCB
M. Lavorgna – CNR IPCB
R. Castaldo – CNR IPCB
F. Olivieri – CNR IPCB
C. Santillo – CNR IPCB
A. Maglione – CNR IPCB
E. Orlo – CNR IPCB
In collaborazione con:
l’Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia (ICMATE) e all’Istituto per i Polimeri Compositi e Biomateriali
(IPCB) del CNR
Entrambi gli istituti possiedono competenze consolidate nella progettazione e sintesi di materiali innovativi e nello studio delle correlazioni struttura proprietà, con attenzione agli aspetti di sostenibilità. Le attività sono state articolate in modo complementare: il team ICMATE ha sviluppato coating ceramico metallici, il team IPCB ha sviluppato coating nanostrutturati a matrice polimerica. I gruppi hanno operato in stretta sinergia, condividendo strategie progettuali, tecniche di realizzazione e metodologie di caratterizzazione e validazione.
Il progetto ha inoltre attivato collaborazioni con Università nazionali e un’interazione scientifica continuativa con ENEA (LA 2.2.2).
Documenti
Articoli
F. Visentin, S. Battiston, S. Fiameni, A. Galenda, N. El Habra, S. M. Deambrosis, M. Losurdo, L. ArmelaoEnhancing sustainability in materials synthesis: a Life Cycle Assessment of Metal Organic Chemical Vapor DepositionJournal of Cleaner Production 557 (2026) 148222. DOI: 10.1016/j.jclepro.2026.148222.
A. Cabrini, S.G. Fisher, E.T. Iverson, P. Cerruti, L. De Nardo, G. Gentile, M. Lavorgna, J.C. Grunlan,High gas barrier of clay/graphene oxide/chitosan multilayer nanocoatings at high humidity,Progress in Organic Coatings 198 (2025) 108929. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2024.108929.
P. Yang, F. Olivieri, C. Santillo, R. Castaldo, Z. Wang, D. Marson, E. Laurini, S. Xiong, G. Gentile, G.G. Buonocore, M. LavorgnaTemperature-Induced DElamination (TIDE): A Novel Method for Uniformly Delaminating Multilayer Ti3C2Tₓ via Volume Changes in Low-Freezing-Point Solvents Matter, accepted, in publication.
P. Yang, F. Olivieri, C. Santillo, G. Rollo, R. Castaldo, G. Gentile, G.G. Buonocore, M. Lavorgna Smart hydrogen barrier films based on large-sized 2D MXenes and highly amorphous polyvinyl alcohol crosslinked with polyacrylic acid.International Journal of Hydrogen Energy, accepted, in publication.
Proceedings
F. Visentin, S. Battiston, S. Fiameni, A. Galenda, N. El Habra, S. M. Deambrosis, M. Losurdo, L. Armelao, “LCA per l’integrazione della sostenibilità nel processo MOCVD su scala di laboratorio: il caso di studio TiO2/Al2O3”, articolo sottomesso per il XX Convegno dell’Associazione Rete Italiana LCA, che si terrà a Taranto dal 23 al 25 settembre 2026.
Poster a convegni
F. Visentin, A. Galenda, S. Battiston, A. Famengo, M. Losurdo, N. El Habra, “Hydrogen permeation barrier coatings: preliminary results on the development of oxide coatings through chemical vapor deposition”, E-MRS Spring Meeting 2024, Strasbourg, France, 27-31 May 2024.
F. Visentin, S. Battiston, N. El Habra, A. Galenda, S. Fiameni, A. Mohtashamifar, A. Famengo, S.M. Deambrosis, M. Losurdo, L. Armelao, “Life Cycle Assessment of TiO₂/Al₂O₃ coatings deposited by Metal Organic Chemical Vapor Deposition”, E-MRS Spring Meeting 2025, Strasbourg, France, 26-30 May 2025.
F. Visentin, S. Battiston, S. Fiameni, A. Galenda, N. El Habra, S. M. Deambrosis, M. Losurdo, L. Armelao, “LCA for Implementing Sustainability in Lab-Scale TiO₂/Al₂O₃ MOCVD Deposition Development”, E-MRS Spring Meeting 2026, Strasbourg, France, 25-29 May 2026.
V. Zin, A. Fasan, F. Montagner, E. Miorin, C. Mortalò, G. Poppi, F. Catanzaro, L. Lusvarghi, R. Pedicini, S. M. Deambrosis “Coatings via Magnetron Sputtering Technology for Hydrogen-related Applications“, E-MRS Spring Meeting 2026, Strasbourg, France, 25-29 May 2026 (https://www.european-mrs.com/meetings/2026-spring-meeting-exhibit).
F. Montagner, S. M. Deambrosis, A. Fasan, E. Miorin, C. Mortalò, V. Zin, “Nitrides Thin Films as Hydrogen Permeation Barriers: An Advanced Solution for Hydrogen Embrittlement Prevention” PSE2026, August 31 – September 3, 2026 ERFURT, GERMANY (https://pse-conferences.net/).
Orali a convegni
S. Battiston, F. Visentin, S. Fiameni, N. El Habra, A. Galenda, S. M. Deambrosis, M. Losurdo, “Optimizing Early-Stage Sustainability: Life Cycle Assessment in Materials Chemistry”, Giornate Scientifiche di Dipartimento, Area della Ricerca CNR di Bologna, 21 – 23 ottobre 2025.
S. Battiston, F. Montagner, A. Mohtashamifar, V. Zin, S. Fiameni, F. Visentin, S.M. Deambrosis, M. Losurdo, L. Armelao, “Life Cycle Assessment of AlTiN Coatings for Hydrogen Barrier Applications”, E-MRS Spring Meeting 2026, Strasbourg, France, 25-29 May 2026.
S. M. Deambrosis, A. Fasan, F. Montagner, E. Miorin, V. Zin, C. Mortalò, G. Poppi, F. Catanzaro, R. Pedicini, L. Lusvarghi, keynote “NITRIDES AND HIGH-ENTROPY ALLOY COATINGS DEPOSITED VIA MAGNETRON SPUTTERING FOR HYDROGEN-RELATED APPLICATIONS”, ICTF 2026 conference, Biarritz, France, 8-12 June 2026 (https://www.ictf2026.com/).
