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Reattore a Membrana (Progetto MIUR)

Reformer a membrana per la produzione di idrogeno da idrocarburi:
compiti dell'Università di Messina (Dip. di Chimica Industriale ed Ingegneria dei Materiali)

Le attività di questa unità saranno incentrate sulla messa a punto di un efficace sistema catalitico per la reazione di steam reforming del metanolo con l’obiettivo di produrre uno stream “puro” di idrogeno per l’alimentazione di un propulsore elettrico per la trazione di veicoli.

La reazione di steam reforming del metanolo sembra idonea per tale scopo poiché, oltre ad una conversione di equilibrio del 100% raggiungibile a 150°C, assicura una elevata selettività e resa a idrogeno.
Tuttavia, a causa della elevata sensibilità delle Celle a Combustibile alla presenza di tracce di CO nel fuel (anche < 10 ppm), la maggiore difficoltà da superare per l’impiego di tale reazione riguarda la selettività a CO2 che a causa di reazioni secondarie risulta essere inferiore al 100%. I catalizzatori a base di Cu sono generalmente attivi e selettivi, lo ZnO è stato indicato come uno dei migliori supporti per la reazione di steam reforming del metanolo. Studi molto recenti riportano il confronto della performance di catalizzatori di Cu supportato su diversi ossidi come CeO2, ZnO, Al2O3 e Zn-Al-O, evidenziando che nell’intervallo 220-260°C i catalizzatori CuCeOx co-precipitati denotano conversioni maggiori del 91% e valori di selettività a CO2 del 98-99% (CO sel,1-2%). Tali risultati sono particolarmente interessanti, poiché assicurano valori di produttività a H2particolarmente elevati (ca. 5.5 l H2×g-1×h-1×) senza significative perdite di SCO2 rispetto ai catalizzatori convenzionali Cu-Zn-O.

Pertanto, l’obiettivo primario delle attività dell’Università di Messina consiste nella messa a punto di un catalizzatore a base di Cu supportato su matrice ossidica (ZnO, Al2O3, CeO2) dotato di elevata attività e selettività al fine di minimizzare la co-formazione di CO. In particolare, nell’ambito di questa ricerca verranno investigati i principali fattori che influenzano il modello di attività-selettività dei catalizzatori di Cu quali la riducibilità, la dispersione e le proprietà elettroniche. A tal fine saranno valutati gli effetti:

  1. del supporto (Al2O3, ZnO e CeO2);
  2. della concentrazione di Cu (1-50%);
  3. del metodo di preparazione (impregnazione, co-precipitazione, combustione) e
  4. dei promotori alcalini ed alcalino-terrosi (Li, K, Zn) sulla performance di una serie di catalizzatori di Cu.

I catalizzatori “fresh” e “used” saranno caratterizzati mediante le tecniche BET, XRD, TEM, XPS, TPR, and N2O-Chemisorption al fine di acquisire informazioni su riducibilità e dispersione della fase attiva e stabilire i parametri chimico-fisici critici per la reazione in oggetto mediante l’individuazione di eventuali correlazioni “struttura-reattività”. Infine i catalizzatori “used” saranno caratterizzati mediante le tecniche TEM, N2O-Chemisorption e TPO per individuare le cause di eventuali fenomeni di invecchiamento e disattivazione (fouling, sintering, etc.).

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