Indagine sul potenziale dei catalizzatori metallici nella decomposizione dell'ammoniaca

Negli ultimi decenni, la decarbonizzazione dei processi industriali si pone come una delle sfide più importanti a livello europeo per ridurre le emissioni di gas effetto serra e mitigare il cambiamento climatico. Per raggiungere tale obbiettivo, sono necessari trasformazioni significative nei processi produttivi e nell’approvvigionamento energetico. Tra le possibili soluzioni, l’idrogeno verde rappresenta una valida alternativa ai combustibili fossili e può essere utilizzato in diversi settori come il trasporto, l’industria pesante e la produzione di energia elettrica. Quest’ultimo è prodotto attraverso l’elettrolisi dell’acqua, un processo chimico che permette di dividere le molecole utilizzando energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili, come l’energia solare o eolica. Esso, essendo privo di emissioni carboniose durante la produzione e l’utilizzo, si considera una forma di combustibile pulito. Tuttavia, ci sono anche alcune sfide legate all'uso dell'idrogeno in campo industriale. L’idrogeno è caratterizzato da un peso molecolare molto ridotto, una bassa densità energetica ed è altamente infiammabile e volatile: queste sue caratteristiche rendono il trasporto e lo stoccaggio una delle difficoltà più ardue da affrontare, motivo per cui la sua diffusione è limitata. Per il trasporto, è infatti necessario comprimerlo o raffreddarlo al di sotto della sua temperatura criogenica, il che richiede una quantità elevata di energia aggiuntiva. Inoltre, la produzione di idrogeno a partire da fonti fossili, può ancora generare emissioni di carbonio se non si utilizzano tecniche di cattura e stoccaggio di quest’ultimo. Per tanto, una soluzione promettente per lunghe distanze sarebbe l’impiego di ammoniaca come vettore energetico, in quanto essa presenta caratteristiche chimico-fisiche tali per cui si avrebbe una notevole riduzione dei costi. In aggiunta, essendo l’ammoniaca largamente impiegata in alcuni settori industriali, come ad esempio nel settore di produzione di fertilizzanti agricoli, esistono già diverse tecnologie impiegate nel trasporto e diffusione di essa su tutto il territorio mondiale. Il processo principale su cui ruota questa soluzione è costituito dal cracking della NH3, permettendo in questo modo, tramite la rottura della molecola, di riottenere l’H2 desiderato e N2 che, essendo un inerte, non costituisce nessun pericolo a livello ambientale e per la salute umana. Tuttavia, tra i problemi legati all’utilizzo di quest’ultima vi sono: i costi di riconversione a causa delle alte temperature di reazione e la parziale perdita di idrogeno dovuta alle rese non unitarie della reazione di cracking. Il presente elaborato si pone quindi, come obiettivo, la valutazione di materiali impiegati come catalizzatori durante la reazione di cracking per migliorare la conversione ed abbassare la temperatura di reazione. In particolare, questo studio pone l’attenzione sulla sintesi di catalizzatori a base di rutenio su allumina, con lo scopo di ottenere materiali performanti impiegando minori quantità di metallo nobile.