Power to fuels: riduzione elettrocatalitica della CO2 a metano ed alcoli

Alte competenze Basile 2019

Abstract

Obiettivo della ricerca è lo sviluppo di un processo di riduzione elettrochimica della CO2 a fuel e, in particolare, la trasformazione diretta dell’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili a metano (power to gas) e ad alcoli (power to fuel), utilizzando in alimentazione la CO2. Con tale processo è possibile ottenere conversioni più elevate ed efficienze superiori a quelle derivanti dal processo di elettrolisi per la produzione di idrogeno e susseguente metanazione della CO2. Il programma di ricerca prevede, accanto ai test in celle elettrochimiche in fase liquida, lo sviluppo di un sistema che permette l’alimentazione della CO2 in fase gas. Questo tipo di alimentazione consente un più rapido scale up (da TRL2-3 a TRL 4-5), l’uso diretto di miscele di Biogas; l’accoppiamento con sistemi di combustione e gassificazione da fonti fossili e da biomasse e, in futuro, l’utilizzo della CO2 dell’aria. Il programma prevede lo sviluppo di elettrodi a base di carbonio e vetri conduttori quali ITO, modificati con film sottili di nanoparticelle metalliche o ossidi metallici, costituiti principalmente da Cu, Cu-Fe e Fe; sarà anche presa in esame la possibilità di inserire nei rivestimenti elettrodici altri metalli di transizione, allo scopo di migliorare le prestazioni elettrocatalitiche del sistema. La fase attiva sarà depositata mediante elettrodeposizione di ossidi/idrossidi singoli o doppi a strati (Patent Basile et al. WO 2007080175 ) che consente un accurato controllo dello spessore dei film e permette di ottenere, in tempi brevi e con basso costo, rivestimenti ben adesi alla superficie elettrodica. Obiettivi del progetto, in termini di sviluppo dei materiali sono: il controllo dello stato redox e della morfologia della fase attiva, che regola la selettività del processo di riduzione della CO2 per ottenere gas metano, o alcoli per benzine e chemicals, l’adesione degli strati elettrocatalitici alla membrana elettrolitica che influenza la scalabilità del processo e che è dipendente dalla morfologia e dal metodo di preparazione. Inoltre saranno studiati metodi di sintesi per l’ottenimento di fotoelettrocatalizzatori su ITO, sfruttando processi di preparazione per microemulsione di compositi, a base di TiO2 e nanoparticelle metalliche, e di sistemi attivi, come elettrocatalizzatori a base di idrossidi doppi a strati contenenti metalli redox attivi e con coloranti intercalati nell’interstrato. I catalizzatori saranno studiati e sviluppati in celle, a comparti separati da membrana, che permettono l’alimentazione della CO2 in fase gas e il recupero, in flusso, del metano e dei fuels (80-90°C).  

Dettagli del progetto

Responsabile scientifico: Francesco Basile

Strutture Unibo coinvolte:
Dipartimento di Chimica Industriale "Toso Montanari"

Coordinatore:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)

Contributo totale di progetto: Euro (EUR) 86.743,44
Durata del progetto in mesi: 36