Idrogenazione diretta della CO2 tramite sintesi Fischer-Tropsch: Metal Organic Frameworks come precursori innovativi di catalizzatori a base di Fe@C per la produzione di Sustainable Aviation Fuel = Direct CO₂ Hydrogenation via Fischer–Tropsch Synthesis: Metal–Organic Frameworks as Innovative Precursors of Fe@C-Based Catalysts for the Production of Sustainable Aviation Fuel

La crescente esigenza di ridurre le emissioni di gas serra nel settore dell’aviazione rende necessaria l’individuazione di soluzioni sostenibili per la produzione di carburanti alternativi a basso impatto ambientale. In tale prospettiva, la conversione diretta della CO₂ mediante idrogenazione rappresenta una via promettente per la sintesi di Sustainable Aviation Fuels (SAF), integrando la valorizzazione della CO₂ con l’impiego di idrogeno verde da fonti rinnovabili. Il presente lavoro di tesi è focalizzato sullo sviluppo e la valutazione di catalizzatori innovativi a base di ferro derivati da strutture Metal–Organic Framework (MOF), in particolare del sistema Fe@C ottenuto da MIL-100(Fe), applicato al processo di idrogenazione diretta della CO₂. Il precursore MIL-100(Fe) è stato sintetizzato mediante un metodo green, privo di solventi organici e facilmente scalabile, caratterizzato tramite le seguenti analisi: TGA per la valutazione della stabilità termica, XRD per l’identificazione delle fasi cristalline, SEM per l’analisi morfologica e fisisorbimento di N₂ per la determinazione della superficie specifica e della porosità. Il materiale è stato successivamente sottoposto a trattamenti di pirolisi in atmosfera inerte, variando la temperatura e il tempo di processo, al fine di ottenere una serie di catalizzatori Fe@C differenziati, anche questi caratterizzati tramite XRD e fisisorbimento di N2. I test di idrogenazione diretta della CO₂ sono stati condotti in un reattore a letto fisso in condizioni di reazione di 360 °C, 23 bar, velocità spaziale di 7 Nl/h/gcat e rapporto molare H₂/CO₂/N2 = 15/5/3. L’analisi dei prodotti gassosi è stata effettuata tramite un gas cromatografo (7890B GC System Agilent Technologies) e un analizzatore Emerson X-Stream; mentre i prodotti liquidi sono stati raccolti da due condensatori: uno ad alta temperatura, dove è stato prelevato l’olio pesante, e uno a bassa temperatura dove è stato prelevato l’olio leggero. Tra i diversi campioni testati, il campione Fe@C(700, 2), pirolizzato a 700 °C per 2 ore, ha mostrato le migliori prestazioni catalitiche, con una conversione media della CO2 del 45,5%, selettività a prodotti C6+ del 16,9% e selettività ad olefine C2-C5 del 28%, ma una diminuzione di idrocarburi prodotti dopo sole 24 ore di test. L’analisi XRD del campione pre-reazione ha evidenziato la presenza di fasi di Fe metallico (19%) e Fe₃C (81%), mentre nel campione post-reazione tali fasi risultano ossidate a Fe₃O₄ (75%) e FeCO₃ (25%), in accordo con il fenomeno di disattivazione osservato. Sono necessari ulteriori studi per migliorare la stabilità dei catalizzatori Fe@C derivati da MOF.