Academic literature on the topic 'Produzione di idrogeno'

In una prospettiva di produzione energetica il piů possibile diversificata e distribuita il biofueling rappresenta oggi un interessante opportunitŕ. In questo ambito lo sviluppo di tecnologie volte alla produzione biologica di idrogeno attraverso l'utilizzo di rifiuti provenienti da industrie zootecniche e agroalimentari raggiunge il duplice obiettivo di produrre energia pulita e di ridurre gli impatti ambientali derivanti dallo smaltimento dei rifiuti stessi. L'idrogeno, per la sua elevata efficienza di conversione, rinnovabilitŕ e natura non inquinante č considerato il vettore energetico del futuro. Lo scopo del presente lavoro č quello di studiare il processo di produzione d'idrogeno potenziale dal solo letame e in codigestione con scotta e glicerolo. La produzione biologica di idrogeno č stata studiata in reattori batch sottoposti ad agitazione e mantenuti a 37°C. Un primo set di esperimenti č stato condotto per valutare gli effetti della sterilizzazione sulle rese di produzione di idrogeno. I risultati hanno mostrato che il processo di sterilizzazione delle biomasse incrementa fino a tre volte la produttivitŕ. Un secondo set di esperimenti č stato allestito per migliorare la produzione di idrogeno da letame tramite codigestione con scotta e glicerolo in differenti rapporti percentuali. I risultati hanno mostrato che la codigestione incrementa la resa dal 24% al 78%.

This work deals with a study on the feasibility of a new process, aimed at the production of hydrogen from water and ethanol (a compound obtained starting from biomasses), with inherent separation of hydrogen from C-containing products. The strategy of the process includes a first step, during which a metal oxide is contacted with ethanol at high temperature; during this step, the metal oxide is reduced and the corresponding metallic form develops. During the second step, the reduced metal compound is contacted at high temperature with water, to produce molecular hydrogen and with formation of the original metal oxide. In overall, the combination of the two steps within the cycle process corresponds to ethanol reforming, where however COx and H2 are produced separately. Various mixed metal oxides were used as electrons and ionic oxygen carriers, all of them being characterized by the spinel (inverse) structure typical of Me ferrites: MeFe2O4 (Me=Co, Ni, Fe or Cu). The first step was investigated in depth; it was found that besides the generation of the expected CO, CO2 and H2O, the products of ethanol anaerobic oxidation, also a large amount of H2 and coke were produced. The latter is highly undesired, since it affects the second step, during which water is fed over the pre-reduced spinel at high temperature. The behavior of the different spinels was affected by the nature of the divalent metal cation; magnetite was the oxide showing the slower rate of reduction by ethanol, but on the other hand it was that one which could perform the entire cycle of the process more efficiently. Still the problem of coke formation remains the greater challenge to solve.

In questo lavoro di tesi è stata investigata la possibilità di utilizzare particolari composti inorganici chiamati metallo-esacianometallati per la produzione elettrochimica di idrogeno. In particolare, elettrodi di glassy carbon (GC) sono stati modificati con TiO2-esacianometallati, come il cobalto-esacianoferrato (CoHCF), indio-esacianoferrato (InHCF) e nichel-cobalto esacianoferrato (NiCoHCF) e le loro performance per la produzione elettrocatalitica di idrogeno sono state esaminate con e senza esposizione alla luce UV. La spettroscopia IR e diffrazione dei raggi X di polveri (XRD) sono stati utilizzate per studiare la morfologia e la struttura dei campioni di TiO2 modificata con metallo-esacianoferrati. La caratterizzazione elettrochimica è stata eseguita attraverso voltammetria ciclica (CV) e cronopotenziometria. Per ottimizzare le condizioni, l'influenza di alcuni parametri tra cui la quantità di catalizzatori nella composizione dell’elettrodo ed il pH dell'elettrolita di supporto sono stati esaminati nel processo di produzione di idrogeno. Gli studi effettuati utilizzando gli elettrodi modificati, evidenziano la migliore performance quando l’elettrodo è modificato con TiO2-InHCF ed è esposto a luce UV. L'elettrodo proposto mostra diversi vantaggi tra cui un lungo ciclo di vita, basso costo, ottima performance e facilità di preparazione su larga scala, potrebbe quindi essere considerato un candidato ideale per la produzione elettrocatalitica di idrogeno.

L’H2 è attualmente un elemento di elevato interesse economico, con notevoli prospettive di sviluppo delle sue applicazioni. La sua produzione industriale supera attualmente i 55 ∙ 1010 m3/anno, avendo come maggiori utilizzatori (95% circa) i processi di produzione dell’ammoniaca e quelli di raffineria (in funzione delle sempre più stringenti normative ambientali). Inoltre, sono sempre più importanti le sue applicazioni come vettore energetico, in particolare nel settore dell’autotrazione, sia dirette (termochimiche) che indirette, come alimentazione delle fuel cells per la produzione di energia elettrica. L’importanza economica degli utilizzi dell’ H2 ha portato alla costruzione di una rete per la sua distribuzione di oltre 1050 km, che collega i siti di produzione ai principali utilizzatori (in Francia, Belgio, Olanda e Germania). Attualmente l’ H2 è prodotto in impianti di larga scala (circa 1000 m3/h) da combustibili fossili, in particolare metano, attraverso i processi di steam reforming ed ossidazione parziale catalitica, mentre su scala inferiore (circa 150 m3/h) trovano applicazione anche i processi di elettrolisi dell’acqua. Oltre a quella relativa allo sviluppo di processi per la produzione di H2 da fonti rinnovabili, una tematica grande interesse è quella relativa al suo stoccaggio, con una particolare attenzione ai sistemi destinati alle applicazioni nel settore automotivo o dei trasposti in generale. In questo lavoro di tesi, svolto nell’ambito del progetto europeo “Green Air” (7FP – Transport) in collaborazione (in particolare) con EADS (D), CNRS (F), Jonhson-Matthey (UK), EFCECO (D), CESA (E) e HyGEAR (NL), è stato affrontato uno studio preliminare della reazione di deidrogenazione di miscele di idrocarburi e di differenti kerosene per utilizzo aereonautico, finalizzato allo sviluppo di nuovi catalizzatori e dei relativi processi per la produzione di H2 “on board” utilizzando il kerosene avio per ottenere, utilizzando fuel cells, l’energia elettrica necessaria a far funzionare tutta la strumentazione ed i sistemi di comando di aeroplani della serie Airbus, con evidenti vantaggi dal punto di vista ponderale e delle emissioni.

Questo lavoro di tesi è stato quindi incentrato sullo sviluppo di un sistema catalitico eterogeneo per la produzione di idrogeno. Sono state studiate come razione test i processi di Steam Reforming di etanolo e Dry Reforming di metano. In particolare, l’attività di ricerca si è focalizzata sull’influenza del supporto nell’ attività e stabilità di catalizzatori a base di Nichel utilizzando ossidi di varia natura. Inoltre, si è voluto porre particolare attenzione sul metodo di preparazione. Infatti, oltre al metodo più tradizionale di precipitazione, si è investigato anche l’innovativo metodo delle microemulsioni. Infine, l’attenzione è stata posta nell’introduzione di alcuni promotori che vadano a modificare le caratteristiche morfologico- strutturali del materiale finale, ma anche la sua attività in entrambe le reazioni di ESR e MDR. Tutti i catalizzatori sono stati quindi caratterizzati attraverso le tecniche di fisi e chemisorbimento, XRD, TEM, SEM, TPR, OSC; è stato così possibile correlare attività catalitica e proprietà dei materiali.

Il seguente elaborato analizza il ciclo di vita dell'idrogeno, a partire dal processo produttivo fino alle sue possibili applicazioni. In particolare si sofferma sulla produzione di idrogeno tramite elettrolisi e sulla sua applicazione all'interno di fuel cells nell'ambito dei trasporti, per ottenere ed utilizzare energia totalmente ad emissioni zero.

Questo elaborato di tesi si occupa dell’analisi di sistemi di produzione dell’idrogeno mediante elettrolisi, con un particolare approfondimento sugli elettrolizzatori di tipo PEM. L’elaborato si concentra sullo studio delle fonti rinnovabili non programmabili per la produzione di energia elettrica, con il relativo utilizzo di sistemi di accumulo. Dopo un accurato studio sui vari sistemi di accumulo esistenti viene elaborato un modello al fine di poter effettuare un analisi di tipo black box su varie tipologie di elettrolizzatori PEM presenti sul mercato.

In questo lavoro di tesi sono stati preparati e caratterizzati catalizzatori di Ni/ZrO2 opportunamente modificati con CaO, utilizzati per la produzione di idrogeno da steam reforming di etanolo. La presenza di CaO sembra, da un lato, facilitare la riduzione di Ni, dall'altro moderare l'acidità del catalizzatore, principale causa della deposizione del coke. Si è notato un notevole effetto della percentuale di CaO; per il catalizzatore con la percentuale più alta è stato riscontrato un bilancio di carbonio totale e stabile nel tempo.

Questo lavoro di tesi è incentrato sullo studio di catalizzatori eterogenei per la produzione di idrogeno mediante processi di Steam Reforming di etanolo e Dry Reforming di metano. L’attività di ricerca è focalizzata allo sviluppo di un sistema catalitico versatile a base di Nichel che sia modulabile da utilizzare per entrambe le reazioni. È stato studiato l’effetto del supporto sull’ attività e sulla selettività del sistema catalitico utilizzando gli ossidi di zirconio e cerio. Inoltre, è stato valutato l’effetto dell’aggiunta dell’ossido di lantanio al fine di promuovere proprietà redox, stabilità termica e meccanica e basicità del sistema. Per quanto riguarda i sistemi supportati su ossido di zirconio, l’aggiunta dell’ossido di lantanio, ha portato a risultati opposti nelle due reazioni; si è registrato un incremento di attività nella reazione di Steam Reforming di etanolo, mentre una diminuzione nella reazione di Dry Reforming di metano. Il supporto a base di ceria subisce invece il medesimo incremento di reattività sia nelle reazioni di Steam Reforming che di Dry Reforming. È stata effettuata un’attenta caratterizzazione chimico-fisica dei sistemi sintetizzati per correlare proprietà morfologiche e performance catalitiche.

Eseguire l'analisi della catena di misura di un sistema di produzione e stoccaggio idrogeno risulta fondamentale per la buona riuscita delle prove in quanto evidenzia e mette in risalto eventuali errori dovuti a strumenti presenti in impianto. Ogni strumento di misura facente parte dell’impianto ha i suoi andamenti e le sue tolleranze. Pertanto si è verificata l'affidabilità delle misurazioni eseguite proponendo delle misurazioni aggiuntive necessarie.