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rapporti - Deliverable

2.1.3-Applicazione dei nanomateriali e delle nanotecnologie al contenimento e allo stoccaggio dell’idrogeno come vettore energetico

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2.1.3-Applicazione dei nanomateriali e delle nanotecnologie al contenimento e allo stoccaggio dell’idrogeno come vettore energetico

L’idrogeno è la base della strategia finalizzata a limitare progressivamente la combustione fossile per la generazione energetica e l’autotrazione, e per la transizione ad un modello sostenibile di sfruttamento di tali risorse. Il vettore energetico idrogeno consente di accumulare energia per alimentare generatori, ad esempio celle a combustibile, generando elettricità localmente sia per usi stazionari sia per veicoli a emissione zero". Il ciclo di utilizzo dell’idrogeno comprende accumulo e erogazione controllata, fasi su cui si studiano diverse soluzioni. L’idrogeno si può infatti accumulare in materiali funzionali, quali idruri metallici o chimici o ancora nanomateriali a base carbonio. Fra i pregi dello stoccaggio con idruri, ad esempio, l’elevata sicurezza intrinseca, la maggiore capacità e semplicità dei sistemi rispetto all’accumulo liquido a bassa temperatura o gassoso ad alta pressione; inoltre alcuni idruri nanocristallini hanno dimostrato capacità e proprietà di accumulo e rilascio migliori di quelli convenzionali. Valutare le soluzioni possibili ed analizzare le implicazioni pratiche dello sviluppo di nanomateriali per lo stoccaggio del vettore energetico “idrogeno” è fra i temi del Progetto SENNA. La Milestone “Applicazione dei nanomateriali e delle nanotecnologie al contenimento e stoccaggio dell’idrogeno come vettore energetico” (Sottoprogetto NANO) si è posta l’obiettivo di comprendere lo stato dell’arte dello stoccaggio dell’idrogeno con materiali funzionali e di approfondire l’apporto che a tale scopo possono dare le conoscenze maturate nella messa a punto di nanomateriali. La ricognizione delle ricerche in atto, delle competenze scientifiche e tecniche, e l’individuazione di obiettivi di sviluppo concreti, a medio termine, consente inoltre di delineare i contenuti di un progetto da proporre nell’ambito dei futuri programmi della Ricerca di Sistema. Gli idruri metallici convenzionali accumulano idrogeno fino al 2% del loro peso, a causa della densità di massa molto più alta rispetto a quella dell’idrogeno, e della struttura cristallina, che limita la densità di siti disponibili per legare chimicamente gli atomi e formare l’idruro. Maggiore capacità di stoccaggio, e condizioni di trasformazione dell’idruro adeguate, contribuirebbero a rendere più rapido lo sviluppo dei sistemi di accumulo e quindi del vettore idrogeno. In questo quadro le applicazioni di generazione stazionaria sono meno critiche poiché il fattore peso è meno rilevante e si può garantire una temperatura di rilascio adeguata sfruttando il calore prodotto dalla cella a combustibile. A lungo termine serbatoi di stoccaggio capienti, sicuri ed efficienti, basati su materiali funzionali, potrebbero essere integrati in apparati di generazione distribuita, per utenze quali piccole comunità servite da fonti rinnovabili o per prolungare l’autonomia di celle a combustibile.

Il presente rapporto descrive in modo sintetico i fondamenti dello stoccaggio con idruri di tipo convenzionale e innovativo, l’orientamento dei progetti di ricerca in corso, e in particolare gli obbiettivi ed i contenuti di progetti da poco avviati per la messa a punto di sistemi di accumulo di idrogeno basati su idruri metallici leggeri di tipo innovativo. I materiali funzionali oggetto di studio, idruri di magnesio o alluminio, sono in particolare particelle nanostrutturate per aumentare i siti per accumulare idrogeno, con nanocatalizzatori per migliorare le condizioni di accumulo e rilascio. I metodi di studio includono strumenti di modellazione e tecniche ad alta produttività rispettivamente per la selezione e la prova del maggior numero di complessi esplorabili, mentre per la produzione a costi contenuti di polveri nanocristalline, anche non stechiometriche, diversi progetti considerano la tecnologia della "macinazione meccanica ad alta energia".

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