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Membrane per la produzione di ossigeno ad alta temperatura in processi industriali: sviluppo di membrane

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Membrane per la produzione di ossigeno ad alta temperatura in processi industriali: sviluppo di membrane

Nel presente documento sono raccolti i risultati riguardanti studi d’integrazione di membrane per produzione efficiente di ossigeno in processi industriali. Sono presentati e discussi i risultati riguardanti o sviluppo e la caratterizzazione di membrane per la separazione dell’ossigeno mediante tecnica di tape casting sequenziale. È inoltre riportata un’indagine svolta per individuare le prove da eseguire sulle membrane ceramiche per caratterizzarle da un punto di vista meccanico.

Nel presente rapporto sono descritte le attività di ricerca riguardanti la realizzazione e la caratterizzazione di membrane per separazione di ossigeno ad alta temperatura, e relative allo studio delle possibili applicazioni industriali d’interesse.

L’obiettivo di tale attività è l’individuazione di soluzioni tecnologiche innovative ed efficienti per la produzione di gas tecnici, in modo da rispondere alla necessità di riduzione del fabbisogno energetico nel mondo industriale.

Per valutare i vantaggi ottenibili dall’applicazione di membrane per separazione di ossigeno in processi industriali, nelle annualità precedenti sono state svolte diverse indagini di letteratura e studi d’integrazione . Oltre all’utilizzo delle membrane in impianti per produzione di energia e impianti IGCC, con o senza cattura della CO2, interessanti applicazioni sono quelle realizzabili in processi particolarmente energivori, quali ad esempio la produzione del vetro o di fritte ceramiche.

L’attività sperimentale RSE è stata focalizzata sulla caratterizzazione dei campioni realizzati in precedenza, sia da un punto di vista microstrutturale che in termini di prestazioni, ma soprattutto sul trasferimento ai laboratori di RSE del know-how tecnologico acquisito presso i laboratori di IEK-1 del Forschungszentrum Jülich nell’annualità precedente. Le analisi SEM hanno confermato che nei campioni preparati presso IEK-1 è stata ottenuta la desiderata struttura asimmetrica costituita da uno strato denso sottile supportato su uno strato poroso spesso. Le prove di tape casting hanno consentito di realizzare nastri verdi asimmetrici e di individuare alcuni parametri critici per ottenere membrane prive di difetti. Su alcuni campioni verdi è stato eseguito con successo il trattamento di debinding e sinterizzazione.

Al fine di verificare la stabilità di membrane LSCF in atmosfere contenenti CO2, sono state condotte misure di permeazione ad alta temperatura alimentando l’80% di CO2 nella corrente del gas di sweep. Al termine delle prove, la caratterizzazione della membrana ha messo in luce un parziale degrado del campione che però non influenza significativamente le prestazioni del materiale.

Inoltre, per completare la definizione delle linee guida utili nel passaggio dalla costruzione della singola membrana alla progettazione di un vero e proprio modulo a membrana, è stata fatta un’indagine per individuare quali prove meccaniche è necessario condurre per caratterizzare i materiali utilizzati nella fase di realizzazione.

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