Sviluppo e studio di sistemi catalitici ottimizzati per la conversione di CO2 e H2 a metanolo, dimetiletere e olefine = Development and study of optimized catalytic systems for the conversion of CO2 and H2 into methanol, dimethyl ether, and olefins

La consapevolezza del cambiamento climatico risale a molto tempo fa, ma mai più che oggi gli effetti di tale fenomeno sono visibili agli occhi di tutti generando una richiesta d’aiuto urgente al mondo della ricerca scientifica e tecnologica. Nell’ambito delle tecnologie disponibili, la sintesi di molecole fondamentali nell’industria chimica come il metanolo costituisce una valida strada percorribile. La prima parte di questo lavoro di tesi è incentrata proprio sull’idrogenazione dell’anidride carbonica a metanolo. Quattro catalizzatori costituiti dal 9 wt% in In sotto forma di In2O3 supportato su zirconia ottenuti con due diverse metodiche di sintesi (impregnazione e sintesi meccano-chimica) e con supporto calcinato a due diverse temperature (360 °C e 900 °C) sono stati oggetto di prove sperimentali. I risultati hanno mostrato un’ottima performance dei campioni con supporto calcinato a bassa temperatura e, in particolare, del campione ottenuto per impregnazione (LT-IW) che ha raggiunto una produttività specifica di 62.9 mmolMeOH/gact/h nelle seguenti condizioni operative: P = 23 bar, H2/CO2 = 3/1, GHSV = 20000 h-1. Questo risultato è ottimo se comparato con i catalizzatori commerciali più diffusi a base rame (CZA) o con i risultati ottenuti da altri gruppi di ricerca ben noti in questo campo. La seconda parte del lavoro sperimentale ha analizzato un possibile utilizzo del metanolo così prodotto: la sintesi di olefine. In particolare, sono state testate delle zeoliti nell’ambito dei processi noti sotto il nome di Methanol-To-Olefins (MTO) e Dimethyl Ether-To-Olefins (DTO). La prima zeolite oggetto di studio è stata una zeolite gerarchizzata con rapporto Si/Al pari a 25 (HZ-25) testata sia per MTO che per DTO; la seconda una zeolite trattata con etching con rapporto Si/Al pari a 50 (ETC-50) testata solo per DTO. La zeolite ETC-50 si è dimostrata superiore sia in termini di attività (conversione di DME di circa il 90 % a 375 °C) sia in termini di produzione di olefine leggere (C2-C4). La discussione dei risultati e la loro interpretazione sono state permesse dall’esecuzione di studi cinetici e di tecniche specifiche per la caratterizzazione dei campioni fresh e spent quali analisi porosimetriche, XRD, XPS, TGA, SEM, TEM ed EDX.