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.

Le direttive europee per il 2050 promuovono l’uso di fonti rinnovabili e la riduzione delle fonti fossili, favorendo l’idrogeno come combustibile pulito e a basse emissioni di carbonio. La produzione di H₂ tramite gassificazione delle biomasse è una valida alternativa ai processi tradizionali, essendo a “emissioni zero”. Il syngas generato può essere usato per produrre H₂ puro tramite un processo di separazione ad alta temperatura effettuato con membrane ceramiche.

Sulla base dei risultati ottenuti nella prima fase del progetto, l’attività si è inizialmente concentrata sull’ottimizzazione del processo di produzione delle polveri di tungstato di lantanio (La₆WO_12-δ, LWO), individuato come materiale promettente per la preparazione di membrane separatrici di idrogeno. Le polveri di LWO sono state trattate mediante un processo di macinazione post-sintetico, che ha permesso di ottenere una morfologia idonea alla fabbricazione di membrane tramite tape casting.

Con questa tecnologia, sono state prodotte membrane asimmetriche planari con microstruttura ottimizzata per produrre elevati flussi di separazione di idrogeno, costituite da uno strato separatore sottile (di spessore ~20 µm) supportato da uno strato poroso (di spessore ~800 µm). Il processo di realizzazione è stato ottimizzato per ottenere campioni con struttura asimmetrica a tenuta gas, di forma circolare e con diametro di 14 mm. È emersa la necessità di affinare ulteriormente il trattamento termico di sinterizzazione per ottenere campioni di area maggiore.

Parallelamente, sono state sviluppate membrane innovative a fase doppia combinando LWO con perovskiti (La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ e SrTi_0.8Fe_0.2O_3-δ), ma le analisi hanno mostrato la formazione di fasi secondarie indesiderate durante il processo di sinterizzazione.

Infine, è stata messa in funzione una postazione di prova per test di permeazione su membrane HTM esposte a condizioni rappresentative di un processo di separazione di idrogeno puro da syngas prodotto da gassificazione di biomasse. Le prime misure su campioni densi di LWO hanno rivelato che, in presenza di un gas di sweep umido, si ha una significativa produzione di idrogeno al lato permeato grazie alla scissione termica delle molecole di acqua in H₂ e O₂, promossa dalla membrana. Il massimo flusso di idrogeno puro ottenuto è pari a 0.136 mL·min^-1·cm^-2 a 1000 °C.