Studio cinetico di catalizzatore Ni/Al2O3 per metanazione di syngas = Kinetic study of Ni/Al2O3 catalyst for syngas methanation

Lo sviluppo sostenibile è il principale obiettivo verso cui la maggior parte dei Paesi si sta impegnando, in particolare attraverso la rettifica del Protocollo di Kyoto e dell’Accordo di Parigi. Un metodo per raggiungere questo scopo è l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili e della tecnologia Power-to-Gas (PtG) che permette di utilizzare l’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili per la produzione di idrogeno, attraverso elettrolisi dell’acqua. L’idrogeno prodotto può essere combinato con l’anidride carbonica e con il monossido di carbonio al fine di ottenere metano. In questo modo si riesce ad ottenere una fonte energetica facilmente utilizzabile e trasportabile, che può sostituire il gas naturale di origine fossile riducendo le emissioni di CO2 da fonti energetiche non rinnovabili. La reazione di metanazione avviene con l’ausilio di un catalizzatore a base NiO-Al2O3. Sono stati eseguiti esperimenti, testando l’efficacia del catalizzatore, inviando diverse miscele di gas reagenti con l’obiettivo di ricavare i parametri cinetici per lo sviluppo di cinetiche di reazione di tipo Power-Law e LHHW. Le miscele reagenti possono essere suddivise in tre macrogruppi, a seconda del reagente chiave: prove con CO2, prove con CO e prove miste CO2+CO. Il range di temperatura investigato per le prove sperimentali è compreso tra i 250 °C e i 400 °C, mentre la pressione è di 5 bar e 15 bar. Ciò che accomuna le prove è la bassa conversione, lontano dall’equilibrio termodinamico, il raggiungimento delle condizioni di stabilità prima delle prove e la ripetibilità delle misure. Per gli studi cinetici è stato costruito un modello per simulare ciò che avviene nel reattore sperimentale. La determinazione dei parametri cinetici avviene attraverso la minimizzazione dello scarto quadratico tra le rese sperimentali e quelle simulate col modello. Sono state testate, inizialmente, espressioni cinetiche più semplici, con quattro parametri da determinare, di tipo Power-Law, fino ad arrivare a cinetiche più complesse di tipo LHHW. Inoltre, durante le prove con CO e CO2+CO si assiste ad una disattivazione del catalizzatore per temperature superiori ai 310 °C e alla formazione di idrocarburi nel range C2-C7. Infine, nelle prove miste CO2+CO si è osservato un adsorbimento competitivo tra i due reagenti che favorisce la conversione del CO.