Pirolisi termocatalitica del metano su catalizzatori Fe/Al2O3 per produzione di idrogeno = Thermocatalytic pyrolysis of methane on Fe/Al2O3 catalysts for hydrogen production

I combustibili fossili rappresentano l’attuale e principale fonte energetica di consistente sfruttamento da parte dell’uomo. Tuttavia l’utilizzo indiscriminato di tali fonti energetiche ha determinato l’emissione di elevate quantità di gas serra, principali responsabili del cambiamento climatico. Il passaggio dal fossile al rinnovabile potrebbe rappresentare un cambio di paradigma. Ciononostante impianti eolici, fotovoltaici e idroelettrici, per via della loro natura, generano uno scostamento tra la produzione di energia ed il suo consumo. Ecco perché, in una fase temporanea della transizione energetica, è necessaria la sostituzione della combustione delle fonti fossili con altre tecnologie che garantiscano una riduzione dell’impronta di carbonio accoppiata a una fornitura di energia programmabile. L’idrogeno in tal senso si inserisce nel solco dei vettori energetici più promettenti: il suo utilizzo garantisce un basso impatto ambientale e flessibilità del sistema energetico. Ad oggi le due principali tecnologie adottate per la produzione di idrogeno sono lo Steam Reforming del Metano e l’elettrolisi dell’acqua. Lo Steam Reforming del Metano (SMR) è la tecnica più diffusa ed economicamente vantaggiosa, tuttavia è caratterizzata da elevate emissioni di gas serra. L’elettrolisi basata su fonti rinnovabili presenta un basso impatto ambientale ma costi di produzione elevati e una forte dipendenza dalle oscillazioni climatiche. Ne consegue la necessità, nel breve termine, di sviluppare tecniche a costi ridotti basate sullo sfruttamento dei combustibili fossili e con una bassa impronta di carbonio. In tal senso una soluzione tecnologica promettente è rappresentata dalla Pirolisi Termocatalitica del Metano (TPM). Tale processo si pone come principale mezzo di transizione verso una economia dell’idrogeno sostenibile. La TPM prevede la dissociazione della molecola di metano in idrogeno e carbonio elementare in presenza di catalizzatore. Pertanto il principale vantaggio di tale tecnica è la produzione di idrogeno pulito avendo carbonio solido come unico sottoprodotto. Il presente elaborato si propone di analizzare la produzione di idrogeno mediante TPM condotta su catalizzatori Fe-Al2O3. In particolare si sono studiate le prestazioni di due catalizzatori a base di ossido di ferro (40% wt.) su supporto di allumina (60% wt.) ottenuti mediante due differenti tecniche di sintesi quali Wet-Impregnation (WI) e Solution Combustion Synthesis (SCS). Diverse tecniche di caratterizzazione sono state implementate al fine di valutare la composizione e le proprietà strutturali (XRD, BET, Raman), morfologiche (FESEM) e chimiche (TPR) dei diversi campioni analizzati. Allo scopo di valutare le performance e le proprietà catalitiche delle due tipologie di catalizzatore, sono stati effettuati test di TPM a differenti condizioni operative. Risultati sperimentali mostrano come il catalizzatore ottenuto per impregnazione sia caratterizzato da attività inferiore ma al contempo maggiore stabilità rispetto al catalizzatore ottenuto per SCS. Dall’analisi delle immagini FESEM degli esausti si evince come si formino nanotubi di carbonio come principale prodotto solido del processo. Essi rappresentano un sottoprodotto ad alto valore aggiunto che può essere destinato a diverse applicazioni. Successivi studi possono essere condotti sulla separazione del prodotto carbonioso al fine di attuare la rigenerazione del catalizzatore in previsione di un nuovo utilizzo.