L’impiego di gas tecnici è ampiamente diffuso in un rilevante numero di processi industriali sia come “materie prime” sia per il funzionamento di apparecchiature, per il raffreddamento, per la conservazione, per la creazione di atmosfere inerti o per la saldatura. L’idrogeno rappresenta uno dei gas tecnici utilizzato principalmente nell’industria chimica e di raffinazione del petrolio. Più del 90% della produzione di idrogeno deriva da fonti fossili; la metà di questa è prodotta per steam reforming del gas naturale (SMR). L’attività svolta in questo progetto riguarda l’utilizzo della tecnologia delle membrane per la produzione dei gas tecnici. Da una parte si è svolta un’approfondita analisi dei sistemi di produzione dell’idrogeno, del suo utilizzo nel settore industriale e dei campi in cui si possono inserire le membrane nei processi produttivi per migliorarne le rese e ottimizzare il consumo energetico. Dall’altra si sono approfonditi aspetti tecnologici della produzione delle membrane a base palladio. L’analisi sull’utilizzo delle membrane per la produzione dell’idrogeno è stata indirizzata al processo di reforming con reattore tubolare (FTR), alimentato a gas naturale e, in particolare, si è considerato il potenziamento di tale processo mediante reattori a scambio termico. L’analisi, condotta dal Politecnico di Milano, ha evidenziato che l’efficienza dell’impianto con reformer aggiuntivo a membrana è superiore a quello dell’impianto convenzionale, qualora vi sia la possibilità di utilizzare l’H2 a bassa pressione o quando siano disponibili recuperi termici a temperatura medio alta (350°C). Si è inoltre evidenziato che le membrane al Pd potrebbero trovare utile impiego in piccoli reattori autotermici (ATR) per produzione di H2 a bassa pressione, da alimentare in sistemi a cella a combustibile (tipicamente nel settoreautomobilistico). Un ulteriore utilizzo del reattore a membrana al Pd è legato ai processi di deidrogenazione dei compositi intermedi (es. produzione di benzene da cicloesano) e la fabbricazione di aldeidi da alcool. La rimozione di H2 dalla zona di reazione porterebbe all’intensificazione del processo, aumentandone produttività ed efficienza energetica. A completamento di questo studio si è condotta un’analisi preliminare per il dimensionamento di un reattore tubolare a membrana che opera in condizioni isoterme, propedeutica a prove di laboratorio per la valutazione dell’efficienza del processo di steam reforming del gas naturale. L’analisi ha evidenziato che il reattore di a membrana consente, in qualsiasi condizione di temperatura e pressione, di ottenere conversioni del metano più elevate rispetto ad un reattore convenzionale. L’attività sugli aspetti tecnologici ha riguardato la produzione di membrane, che risultano avereprestazioni confrontabili con quelle prodotte in importanti laboratori internazionali. In particolare si è verificata la capacità del laboratorio RSE di produrre membrane con barriera ossidativa con buona riproducibilità; sono state quindi preparate cinque membrane. Quattro di queste hanno raggiunto irequisiti richiesti: permeanza all’elio a freddo di 10-9 [mol/sec/m2/Pa] con spessore di 10 μm. Una delle membrane è stata poi caratterizzata a caldo con gas puri, idrogeno ed elio, per tempi lunghi. La membrana si è dimostrata stabile nei valori di permeanza dei gas puri. Un altro aspetto tecnologico studiato è stata la formazione, al posto della barriera ossidativa, di una barriera ceramica tra il substrato metallico e lo strato di palladio, che permette di utilizzare le membranea temperature fino a 550°C e quindi di ampliare i possibili utilizzi nei processi di reforming. La tecnica di formazione dello strato di allumina per dip coating in sol gel è stata approfondita e studiata per supporti levigati, che dovrebbero consentire di ottenere depositi densi di palladio a minor spessore. Il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’università di Genova, che ha collaborato su questi temi. In parallelo si sono investigate altre tecniche di formazione dello strato di allumina; in particolare la tecnica Pulsed Laser Deposition (PLD) e la tecnica Electron Beam Physical Vapour Deposition (EB PVD). Tutte queste tecniche richiedono approfondimenti e miglioramenti. Le membrane preparate da substratilevigati con barriera ceramica per sol gel hanno mostrato problemi di aderenza del palladio all’allumina, in parte determinati dall’assetto di prova adottato. Sono pertanto necessarie ulteriori prove per valutare la stabilità al ciclaggio termico dell’interfaccia allumina – palladio. Invece le tecnologie alternative sonostate applicate su substrati piani e richiedono modifiche degli apparati e ottimizzazioni del processo per la deposizione su substrati tubolari.