Regeneration Strategies of Catalysts Structured in Ceramic Foams for Dry Reforming of Methane

L'obiettivo della Tesi è incentrato sull’'implementazione del Reforming a secco del metano come strategia di valorizzazione delle miscele CH₄/CO₂ per la produzione di gas di sintesi. Si propone la progettazione di catalizzatori strutturati su schiume ceramiche a celle aperte ad alte prestazioni, utilizzando come fasi attive Ni e Ni-Co. Inoltre, affronta un aspetto altamente limitante del processo, ovvero la deposizione di coke. In questo senso, vengono studiate tre possibili strategie di rigenerazione per la rimozione efficace di questi depositi mediante ossidazione, gassificazione e idrogenazione (utilizzando O₂, H₂O e H₂, rispettivamente). Si propongono studi cinetici ciclici reazione-rigenerazione-reazione per determinare l'opzione ottimale da applicare, accoppiati con la caratterizzazione della schiuma catalitica alla fine di ogni fase del ciclo. Nel contesto della rigenerazione del catalizzatore, i risultati sperimentali mostrano differenze significative. Nel caso del catalizzatore di Ni, il rapporto finale H₂/CO aumenta quando viene rigenerato con idrogeno, indicando che la rigenerazione con idrogeno ripristina efficacemente i siti attivi del Ni per la metanazione. Quando viene rigenerato con ossigeno, il rapporto H₂/CO diminuisce. Questo è dovuto al fatto che l'ossidazione del Ni porta alla formazione di ossidi che possono avvelenare i siti attivi, riducendo la capacità del Ni di catalizzare l'ossidazione del coke. Nel caso del catalizzatore composto da una miscela di Ni-Co, il rapporto H₂/CO rimane quasi costante durante la rigenerazione con idrogeno. Ciò suggerisce che il Co impedisce la completa rigenerazione dei siti attivi del Ni, mantenendo un equilibrio stabile tra i prodotti della reazione. Invece, quando il catalizzatore di Ni-Co viene rigenerato con ossigeno, il rapporto H₂/CO aumenta significativamente. Questo aumento è dovuto all'alta affinità del Co per l'ossigeno, i quali formano facilmente ossidi (come CoO o Co₃O₄) suggerendo che il Co è più propenso a catalizzare le reazioni di ossidazione del carbonio. Questi risultati evidenziano il ruolo del Co nel modulare la rigenerazione e suggeriscono l’ottimizzazione delle condizioni operative per migliorare efficienza e durabilità. Future ricerche potranno esplorare nuove combinazioni catalitiche per massimizzare il rapporto H2/CO.