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Al giorno d’oggi, più del 90% della produzione di idrogeno deriva da fonti fossili, secondo quanto stimato dal Dipartimento dell’Energia degli USA (DOE). Di conseguenza, i sistemi di purificazione dell'idrogeno da sottoprodotti quali CH4, H2O, CO e CO2 costituiscono un passaggio cruciale dell’intero processo produttivo.

Uno dei sistemi di separazione più efficiente ed economicamente più vantaggioso è basato sulle membrane, che permettono di separare l’idrogeno con un grado di purezza molto elevato. Attualmente, le membrane più efficienti in termini di purezza e selettività sono quelle basate su metalli preziosi e leghe (specialmente leghe a base di Pd). Tuttavia il loro costo risulta elevato ed è stato stimato che, per soddisfare target di costo quali quello del DOE (1000$ per m2), elementi come il Pd devono essere eliminati o ridotti a spessori inferiori a 5 μm. La loro applicabilità viene inoltre limitata da criticità quali l’infragili¬mento da H2 e l’avvelenamento da zolfo. Per superare tali problemi, la ricerca più recente è focalizzata sia sullo sviluppo di nuovi materiali (membrane ceramiche porose o dense) sia sulla riduzione del contenuto di platinoidi in quelli già noti.


A questo scopo, mettendo a frutto le competenze sviluppate negli anni sui ceramici a conduzione protonica e sui rivestimenti mediante magnetron sputtering, nell'ICMATE si stanno studiando membrane ceramiche dense (composite costituite da due fasi ceramiche, una a conduzione protonica e una a conduzione elettronica, membrane cer-cer) che operano attorno a 500-700°C e membrane bilayer metallo-substrato ceramico poroso che operano attorno a 400°C per la separazione selettiva di H2 da miscele complesse.

Sviluppo di membrane composite ceramico-ceramico "cer-cer" (conduttore protonico e conduttore elettronico)

Uno tra i più alti flussi di idrogeno mai misurati in membrane ceramiche dense:
0.27 mL∙min-1∙cm-2 a 755 ºC feeding 50% H2.
Sviluppo di membrane a base di film sottili di leghe di palladio depositati per sputtering su substrati ceramici porosi
  • KEYWORDS:
    compositi ceramici membrane per separazione di idrogeno BCZY GDC YDC leghe di palladio film sottili

  • PUBBLICAZIONI RECENTI:
    • E. Rebollo, C. Mortalò, S. Escolástico, S. Boldrini, S. Barison, J. M. Serra, M. Fabrizio
      Exceptional hydrogen permeation of all-ceramic composite robust membranes based on BaCe0.65Zr0.20Y0.15O3-δ and Y- or Gd-doped ceria
      published online in Energy and Environmental Science. DOI: 10.1039/C5EE01793A
    • S. Barison, M. Fabrizio, S. Fasolin, F. Montagner, C. Mortalò
      A microwave-assisted sol–gel Pechini method for the synthesis of BaCe0.65Zr0.20Y0.15O3-δ powders
      Mater. Res. Bull., 2010, 45(9), 1171-1176
    • G. Chiodelli, L. Malavasi, C. Tealdi, S. Barison, M. Battagliarin, L. Doubova, M. Fabrizio, C. Mortalò, R. Gerbasi
      Role of Synthetic Route on the Transport Properties of BaCe1-xYxO3 Proton Conductor
      J. All. Compd., 2009, 470, 477–485
    • S. Barison, M. Battagliarin, T. Cavallin, L. Doubova, M. Fabrizio, C. Mortalò, S. Boldrini, L. Malavasi, R. Gerbasi
      High conductivity and chemical stability of BaCe1-x-yZrxYyO3-δ proton conductors prepared by a sol–gel method
      J. Mater. Chem., 2008, 18, 5120

  • PROGETTI CORRELATI:
    • Accordo di Programma CNR-Ministero dello Sviluppo Economico per la Ricerca di Sistema Elettrico
    • Progetto Industria 2015: Produzione di energia rinnovabile con il minimo impatto da un mix di biomasse e rifiuti speciali non pericolosi attraverso processi innovativi

  • PRINCIPALI COLLABORAZIONI:
    • Dr. Giuseppe Barbieri dell’Istituto per la Tecnologia delle Membrane (ITM-CNR)
    • Dr. José M. Serra del “Universidad Politecnica de Valencia, Instituto de Tecnología Química” (UPV-CSIC, Valencia, Spagna)
    • Dr. Alessandra Sanson dell’Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici (ISTEC-CNR)