Schemi innovativi per processori di combustibili, e sviluppo di elettrocatalizzatori e MEAs per celle a combustibile & (co)-elettrolizzatori e relativa modellazione

Il consumo energetico e il relativo impatto ambientale rappresentano un problema di primaria importanza. La riduzione degli effetti ambientali causati dai cicli energetici e dei processi di produzione industriali richiede non solo di aumentare il loro rendimento, ma anche l’uso di fonti rinnovabili e, la produzione di combustibili e composti chimici a basso contenuto di carbonio o non derivanti da fonti fossili.

La ricerca si basa sui seguenti temi:

1. Schemi innovativi per “processori di carburante”: L'impiego dell'idrogeno nelle tecnologie delle celle a combustibile potrebbe garantire significativi vantaggi in termini di efficienza e impatto ambientale, rappresentando quindi un'importante alternativa ai tradizionali sistemi di produzione di energia. Considerando l'attuale mancanza di infrastrutture per la produzione, lo stoccaggio e la distribuzione di idrogeno, le celle a combustibile alimentate con idrogeno prodotto da reforming di combustibili fossili rappresentano una interessante alternativa per superare l'attuale situazione sfavorevole, in attesa di un ulteriore sviluppo delle infrastrutture. La ricerca prevede lo studio e lo sviluppo di “processori di carburante” per la produzione d’idrogeno aventi alta efficienza e sostenibilità.
2. Le celle a combustibile sono convertitori elettrochimici di energia che trasformano l'energia chimica in elettricità e calore e sono caratterizzate da alta efficienza e basse emissioni inquinanti.  La ricerca si focalizza sullo sviluppo di elettrocatalizzatori per celle a combustibile a bassa temperatura, con elettrolita acido (PEMFC) o alcalino (AEMFC) alimentate a idrogeno o ad alcoli (DMFC, DEFC), avendo cura di ridurre al minimo, o eliminare l’utilizzo di metalli nobili come siti attivi dei catalizzatori.
3. Gli elettrolizzatori sono dispositivi elettrochimici che utilizzano l'energia elettrica per provocare una reazione chimica (scissione dell'acqua) con l'ausilio di elettrocatalizzatori. Gli elettrolizzatori PEM e AEM sono studiati per ridurre il costo della produzione di H₂ a bassa temperatura sviluppando elettrocatalizzatori, elettrodi e MEA senza o con una bassa quantità di metalli nobili. Sono inoltre in fase di sviluppo co-elettrolizzatori per la scissione dell'acqua in tandem con la conversione di CO₂ per la produzione di sostanze chimiche (e.s. syngas, metano, etilene, alcoli, aldeidi, tra gli altri).

I principali vantaggi dei dispositivi elettrochimici sono il basso impatto ambientale, l'elevata efficienza energetica, le basse emissioni acustiche, la ridotta necessità di manutenzione e la modularità. Altri aspetti comuni alle tre tematiche di ricerca sono lo studio della cinetica dei catalizzatori sviluppati, la comprensione dei meccanismi di reazione, e lo sviluppo modellistico dei sistemi ingegneristici dalla scala atomica alla macro-scala con software DFT e multifisici.

• Schemi innovativi per processori di combustibili
• Sviluppo di elettrocatalizzatori per Celle a Combustibile PEMFC, AEMFC e DMFC
• Sviluppo di elettrocatalizzatori e assemblati membrana-elettrodo (MEA) per processi di elettrolisi (PEMEC, AEMEC) ed elettrosintesi
• Modellazione di celle a combustibile e elettrolizzatori

• PE4_9 Electrochemistry, electrodialysis, microfluidics
• PE4_12 Chemical reactions: mechanisms, dynamics, kinetics and catalytic reactions
• PE5_6 New materials: oxides, alloys, composite, organic-inorganic hybrid, nanoparticles
• PE8_2 Chemical engineering, technical chemistry

• Catalizzatori
• Processori di carburante
• Celle a combustibile
• Idrogeno
• Emissioni
• Elettrolizzatore