Il presente documento descrive i risultati dell’attività relativa allo studio di membrane ceramiche per separazione di idrogeno puro prodotto mediante processi di gassificazione delle biomasse.

Gli obiettivi di decarbonizzazione previsti dalle direttive europee per il 2050 incoraggiano l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili e puntano alla progressiva eliminazione dell’uso delle fonti fossili. Da qui l’interesse per l’idrogeno che, se prodotto mediante l’utilizzo di fonti rinnovabili, è un combustibile pulito e a basse emissioni di carbonio sul ciclo di vita. La produzione di H₂ da gassificazione delle biomasse potrebbe quindi rappresentare un’interessante alternativa rispetto ai processi tradizionali (es. steam reforming), in quanto è un processo ad “emissioni zero”.

Il syngas prodotto dalla conversione delle biomasse, oltre ai comuni utilizzi, può essere considerato una risorsa per la produzione di H₂ con sistemi innovativi a membrane ceramiche, che operano ad alta temperatura (>700 °C): infatti dal syngas stesso si può produrre H₂ puro mediante uno stadio di separazione a membrana, oppure si può far reagire il syngas in un reattore a membrana per favorire la produzione di H₂ e la simultanea separazione.

È stato quindi condotto uno studio di letteratura per analizzare le condizioni termodinamiche e di composizione tipiche del syngas, individuare le condizioni operative in cui le membrane si troverebbero ad operare e indirizzare l’identificazione dei materiali ceramici per lo sviluppo dei componenti. In particolare, tale studio ha evidenziato la presenza, oltre ai componenti base del gas di sintesi, di impurezze (es. H₂S, HCl, SO₂, NH₃), nonché elevate quantità di residui solidi, che potrebbero rappresentare una criticità per i processi a membrana. In caso di instabilità dei materiali ceramici in queste condizioni, potrebbero rendersi necessari sistemi di purificazione del syngas, preferibilmente ad alta temperatura.

L’analisi di letteratura ha evidenziato che le membrane per separazione di idrogeno basate su materiali ceramici hanno ad oggi prestazioni di permeazione inferiori rispetto alle più consolidate membrane al palladio, ma garantiscono maggiore stabilità chimica in presenza di inquinanti. I composti più promettenti sono gli ossidi Ln_6-xWO_12-δ, dove Ln è un elemento appartenente al gruppo dei lantanidi, oppure i materiali compositi a fase doppia ottenuti abbinando un conduttore protonico e un conduttore elettronico.

Sono state pertanto condotte prove preliminari di sintesi a stato solido di polveri di La_6-xWO_12-δ (LWO) e successiva realizzazione di membrane tramite pressatura uniassiale e sinterizzazione. Gli esperimenti hanno consentito di ottenere membrane costituite da fase pura LWO con microstruttura sufficientemente densa.

Inoltre, dopo un’analisi delle configurazioni disponibili in letteratura e delle procedure di prova adottate, è stato predisposto un protocollo di prova e progettata la postazione per i test di permeazione di idrogeno ad alta temperatura.