Studio di un sistema catalitico di abbattimento di NOx da motori ad idrogeno mediante NSC

Negli ultimi anni si sta sviluppando un forte senso di coscienza e responsabilità verso l’ambiente. Non sono pochi, infatti, i problemi ambientali che stanno diventando sempre più impattanti per l’ecosistema. La tecnologia, dunque, deve cercare di proporre rimedi a questa serie di problematiche. Tra queste, è di notevole importanza l’impatto dei motori a combustione interna, sia stazionari che non stazionari, in termini di emissioni inquinanti. Per questo motivo la ricerca scientifica si sta spostando verso nuovi vettori energetici, come l’idrogeno, e verso nuove tecnologie come i motori a combustione interna di idrogeno. I quali sono frutto di un riadattamento dei normali motori a combustione interna, promettono di fornire basse emissioni di anidride carbonica, ma con una importante generazione di NOX. Questi gas rappresentano una particolare classe di inquinanti, gli ossidi di azoto, i quali vengono prodotti durante reazioni di combustione in cui è presente aria e sono causa di molteplici effetti negativi per la salute umana. L’obbiettivo del lavoro di tesi è quello di testare catalizzatori utilizzati comunemente in tecnologie di after-treatment, per motori a combustione interna alimentati a diesel o benzina, applicandoli sui fumi di un motore a combustione interna di idrogeno. La peculiarità dei gas di scarico di questi motori è legata al raggiungimento di temperature differenti, oltre che ad una composizione che include presenza di idrogeno, ossigeno e alte percentuali di acqua. Il lavoro sperimentale è cominciato dalla realizzazione, mediante deposizione di Pt e Ba su un supporto di γ-allumina commerciale, di un catalizzatore Pt/Ba/Al2O3, di comune utilizzo in sistemi NSC (NOx storage catalyst). Il platino, infatti, permette di ossidare l’NO a NO2, il quale viene adsorbito grazie al bario depositato in superficie, sotto forma di nitrato. In una seconda fase (definita fase ricca) si ambisce al desorbimento dei composti con una riduzione a N2, NO, NH3, N2O. In questo caso specifico, la produzione di ammoniaca è un evento desiderato, in quanto può essere utilizzata per un sistema SCR a valle in grado di abbattere gli NOX presenti nella fase ricca. Il catalizzatore in questione è stato testato in diverse condizioni operative sia nella fase di adsorbimento che di desorbimento. È stata testata, inoltre, l’influenza dei vari componenti presenti nella miscela gassosa sulla reazione di ossidazione e sulle proprietà di storage. Sono stati aggiunti altri componenti sul catalizzatore base, come il rodio per migliorare la propensione a ridurre gli NOX, o come il cerio, sintetizzando un supporto misto allumina/ceria, per incrementare le capacità di storage. Oltre alle applicazioni dei catalizzatori, nella tesi, sono state descritte anche le tecniche utilizzate per la preparazione dei campioni e la loro caratterizzazione. Le tecniche usate per la caratterizzazione dei materiali sono state improntate sull’analisi delle caratteristiche chimico-fisiche dei campioni, tra cui le curve di assorbimento/desorbimento di azoto a -196°C, l’analisi H2-TPR e l’analisi XRD.