Studio di catalizzatori a basso carico di rutenio per la metanazione atmosferica della CO2 = Study of low-content ruthenium catalysts for the atmospheric methanation of CO2

Il cambiamento climatico ha subito, nel corso degli ultimi decenni, una notevole accelerata: l’aumento della temperatura terrestre e della frequenza di eventi climatici estremi sono solo alcuni degli effetti più tangibili di tale fenomeno. La dipendenza della richiesta energetica dalle fonti fossili ha causato una notevole emissione di gas serra, tra cui l’anidride carbonica occupa la posizione di molecola maggiormente impattante. In un’ottica di sostenibilità, emerge la necessità di attuare misure volte al contenimento e al rallentamento del cambiamento climatico e dei suoi effetti. Tra le strategie più promettenti, spiccano i sistemi di cattura e riutilizzo della CO2, soluzioni che permettono di ottenere prodotti ad alto valore aggiunto a partire da una molecola altamente inquinante. Nel presente lavoro di tesi, si esplora la conversione della CO2 a CH4, a pressione atmosferica, indagando le prestazioni di catalizzatori a basso contenuto di rutenio, sintetizzati utilizzando differenti supporti. Dapprima sono state effettuate preliminari prove di metanazione su un campione 1 wt% Ru/Al2O3, variando la temperatura di reazione, il rapporto H2/CO2 e la portata totale. Le successive campagne di prove hanno riguardato catalizzatori allo 0,25 wt% di rutenio su differenti supporti, sia inerti (Al2O3) che attivi (CeO2, MgO, TiO2, ZrO2). Tutti i campioni hanno subito un pretrattamento in atmosfera al 5 vol% H2 in N2 a 350 °C, un TOS a 260 °C per 3 ore e un test di attività, tra 200 °C e 400 °C. Le caratteristiche chimico-fisiche dei catalizzatori sono state indagate tramite prove di caratterizzazione, quali diffrazione a raggi X, tecniche a temperatura programmata (H2-TPR, CO2-TPD), chemisorbimento a impulsi di CO, fisisorbimento di azoto a 77 K (BET), spettrometria di massa a plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS), microscopia (FE-SEM). Il campione 0,25 wt% Ru/TiO2 ha mostrato le migliori prestazioni catalitiche: conversione di CO2 del 71,7%, selettività a CH4 del 97,8%, ad una temperatura di 350 °C, P=1 atm, WHSV=58,8 NL/gcat/h. Dall’analisi del relativo diffrattogramma, si nota assenza di picchi associati al rutenio, probabilmente dovuti ad una omogenea dispersione del metallo all’interno del supporto, mentre dalla H2-TPR si è stimato un quantitativo effettivo di fase metallica circa dimezzato rispetto a quello teorico. Nell’insieme, i risultati presentati suggeriscono una maggiore attività del suddetto supporto rispetto agli altri campioni testati. Le peggiori prestazioni sono state registrate con il campione 0,25 wt% Ru/MgO, causate da una disomogeneità e carenza di fase attiva metallica, come reso evidente dai risultati di H2-TPR e XRD.