Purificazione dell'idrogeno mediante membrane a base di palladio = Hydrogen purification using Pd-based membranes

Sull'orlo di una crisi climatica globale, le energie rinnovabili rappresentano la soluzione migliore per gli accademici per invertire l'effetto serra e garantire la sostenibilità. L'idrogeno, con la più alta densità energetica in rapporto al peso, è considerato il leader più promettente in questa lotta contro le avversità. Tuttavia, essendo un componente altamente rischioso, l'idrogeno desta preoccupazione per il suo trasporto e stoccaggio. Pertanto, tra le numerose alternative, l'ammoniaca è considerata un idoneo vettore di idrogeno. Tuttavia, durante il cracking dell'ammoniaca, la miscela di idrogeno contiene contaminanti e richiede separazione e purificazione. Per lungo tempo, i ricercatori hanno considerato le membrane a base di Pd la tecnologia tecnicamente più promettente per la purificazione dell'idrogeno su larga scala. Inoltre, l'industria SINTEF ha sviluppato questa membrana affrontandone il problema della permeabilità progettando una membrana sottile a base di Pd-Ag utilizzando la tecnologia dello sputtering. L'obiettivo di questa tesi è valutare sperimentalmente il trasporto di idrogeno attraverso due membrane a base di Pd di diverso spessore (4 µm e 10 µm) e valutare i meccanismi che influenzano flusso, permeabilità e permeanza. Gli esperimenti sono stati condotti a bassa pressione a diverse temperature (300-400 °C) e con diverse composizioni del gas di alimentazione. Sono state condotte diverse analisi basate sulla prima legge di Fick e sulla legge di Sievert. La permeabilità è stata estratta dalla pendenza dei grafici delle forze di flusso e si è rivelata maggiore per la membrana più spessa da 10 µm, suggerendo l'esistenza di meccanismi non diffusivi. L'analisi di Arrhenius della permeabilità dipendente dalla temperatura ha ulteriormente confermato la predominanza del trasporto controllato dalla superficie o dall'interfaccia piuttosto che dalla diffusione in massa. Dopo aver studiato e analizzato due membrane a base di Pd, si può concludere che lo spessore della membrana non è l'unico fattore determinante per le sue prestazioni, ma che anche la topografia superficiale, il substrato di supporto della membrana e il metodo di sintesi svolgono un ruolo fondamentale. Pertanto, per progettare membrane a base di Pd per applicazioni ottimali di purificazione dell'idrogeno, è fondamentale concentrarsi sia sulla stabilità meccanica che sui fattori di spessore per ottenere selettività e prestazioni di flusso ottimali.