La combustione catalitica è un processo che consente di produrre energia termica dall’ossidazione completa e pulita di un combustibile, che si svolge in assenza di fiamma sulla superficie di un catalizzatore a temperatura controllata. Vengono svolte delle considerazioni generali su questa tecnologia e si ricorda che nel caso degli idrocarburi saturi il palladio, contrariamente al platino, ha una elevata efficienza di ossidazione del metano quando si trova in uno stato completamente ossidato e che il loro adsorbimento sulla superficie del catalizzatore controlla la cinetica della reazione globale. Le potenzialità della combustione catalitica come tecnologia di controllo delle emissioni degli NO x sono dovute al fatto che essa, agendo direttamente sul processo di ossidazione del combustibile, consente il suo svolgimento a temperature inferiori a 1500 °C. In queste condizioni la concentrazione degli NO x nei gas combusti ha un valore di circa 3 ppm. Vengono fornite delle informazioni di carattere generale sull’impiego della combustione catalitica nelle turbine a gas destinate sia alla produzione di energia elettrica (taglia variabile tra 50 e 250 MW) che alle applicazioni industriali (potenza da 1 a 25 MW). I vincoli sulla tutela della qualità dell’ambiente stanno diventando sempre più severi e il loro rispetto richiede il ricorso a tecnologie che sono dal punto di vista economico troppo onerose sia per in relazione ai costi di gestione degli impianti che per quanto riguarda gli investimenti. La commercializzazione di questa tecnologia richiede tuttavia che siano verificati i vincoli stabiliti da GE e Catalytica Combustion System Inc. per quanto riguarda la vita media del reattore che deve garantire almeno 8000 ore di funzionamento. Vengono esaminate in modo conciso le caratteristiche principali di un catalizzatore che generalmente è costituito dalle specie attive, dal supporto (washcoat) e dal substrato. Si ricorda che nel caso delle specie attive i metalli nobili hanno l’efficienza più elevata e sono quindi in grado di attivare il processo di combustione a temperature relativamente basse. L’impiego dei metalli nobili a temperature abbastanza alte viene sconsigliato dalla volatilità dei loro ossidi, che nel caso delle turbine a gas viene accentuata dall’elevata velocità del fluido di processo, e dal fenomeno della sinterizzazione. Per quanto riguarda il substrato i materiali metallici del tipo Fecralloy hanno un ruolo molto importante perché consentono di operare a temperature comprese tra 1300 e 1400 °C. Essi presentano l’enorme vantaggio di avere una conducibilità termica superiore a quella dei materiali ceramici e di consentire la realizzazione di supporti dotati di un grande valore del rapporto area/volume che è un parametro molto importante per rimuove efficacemente il calore sviluppato sui siti attivi. Per quanto riguarda la maturità industriale della tecnologia della combustione catalitica viene evidenziato che il combustore ibrido, proposto da Toshiba e sviluppato da CRIEPI e Kansai Electrics, è stato sottoposto a prove di qualifica su una scala equivalente a quella di un combustore di una turbina da 10 MW del tipo multi-can. I risultati sperimentali hanno mostrato che questa tecnologia è in grado di soddisfare i vincoli ambientali (NO x 5< ppm, CO e UHC 10< ppm) e nello stesso tempo è abbastanza flessibile per quanto riguarda la gestione dell’impianto. Lo stadio di sviluppo della tecnologia XONON, messa a punto da Catalytica Combustion System Inc., è molto avanzato dal momento che alcune turbine a gas (Kawasaki M1A-13A da 1.5 MW elettrici) equipaggiati con combustori catalitici hanno operato con successo per più di 4000 ore. La validità della tecnologia XONON è stata

anche verificata su combustori di turbine con taglia variabile da 1.5 a 100 MW elettrici. Le prove effettuate hanno mostrato che si possono soddisfare gli obbiettivi delle emissioni di inquinanti e che è possibile ridurre considerevolmente le oscillazioni di pressione, che rappresentano un grave inconveniente dei combustori DLN. Va comunque sottolineato che nel caso di combustori di taglia maggiore è necessario modificare la geometria della camera di combustione per ossidare completamente CO a CO 2 . Vengono infine passati in rassegna gli aspetti principali delle attività di ricerca sui materiali per evidenziare le aree che necessitano di ulteriori approfondimenti e per sottolineare che la definizione di meccanismi e schemi di reazioni elementari in grado di spiegare la maggior parte delle situazioni conosciute richiede che le prove di attività catalitica siano eseguite adottando delle condizioni molto vicine a quelle reali. Una risposta adeguata all’esigenza precedente può venire dalla realizzazione di una infrastruttura dedicata nell’ambito di un progetto volto a qualificare le prestazioni dei materiali e del combustore catalitico in condizioni rappresentative dell’esercizio reale di una turbina a gas. A tale scopo la sezione catalitica dovrebbe avere una potenza di 200 °kW e essere in grado di operare alla pressione di 15 atm, mentre il sistema di preriscaldamento dovrebbe garantire che la temperatura dei gas alla sua uscita sia compresa tra 400 e 500 °C. Nell’ambito della Ricerca di Sistema sul “Contenimento delle emissioni” è stata avviata una attività sull’applicabilità della combustione catalitica del metano in turbine a gas industriali in collaborazione col Consorzio Milano Ricerche. I risultati di questa collaborazione, che aveva lo scopo di acquisire le conoscenze tecniche e scientifiche necessarie per essere operativi in questo settore specifico nel più breve tempo possibile e di stabilire un rapporto di collaborazione utile per integrare le competenze specifiche, sono riportati nell’allegato 1.