CO2 CORE AT LAST

CO2 COnversion to REnewable fuels by dynamic Adsorption and Transformation on LAyered Structured based catalysts – CO2 CORE AT LAST

Responsabile: Alessandra Sanson
Personale coinvolto: Alex Sangiorgi, Simone Casadio
Data di inizio: 28/09/2023
Durata: 24 mesi
Finanziamento totale: 289 059,00 €
Bando: PIANO NAZIONALE DI RIPRESA E RESILIENZA (PNRR) Missione 4 “Istruzione e Ricerca” – Componente C2 Investimento 1.1, “Fondo per il Programma Nazionale di Ricerca e Progetti di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN)” PRIN 2022 – D.D. 104 del 02/02/2022
Ruolo CNR-ISSMC: Partner
Coordinatore: Prof. Francesco Basile (Università di Bologna), Alessandra Sanson (co-PI)
Consorzio: Università di Bologna (Prof. Francesco Basile), ISSMC-CNR (Dr.ssa Alessandra Sanson)

L’aumento della concentrazione di CO2 atmosferica richiede un’azione urgente per la cattura della CO2 nei settori difficili da decarbonizzare e il suo utilizzo in combinazione con energia rinnovabile o idrogeno verde (greenH2) per lo stoccaggio energetico e la produzione di combustibili liquidi. In questo ambito, la riduzione catalitica della CO2 a metanolo e l’elettro- o fotoelettro-riduzione della CO2 in prodotti liquidi (alcoli, acidi che possono essere ulteriormente convertiti in alcoli tramite H2) sono processi chiave, sebbene non abbiano ancora raggiunto risultati adatti allo sviluppo industriale. In questo contesto, lo sviluppo di un catalizzatore capace di combinare sinergicamente e ottimizzare l’interazione e la conversione della CO2 è cruciale. Le proprietà uniche delle strutture di idrossidi doppi lamellari (LDH) nell’adsorbimento della CO2 (legate alla basicità e all’elevato tasso di scambio dinamico della CO2 all’interno dello strato intermedio) e la loro flessibilità di preparazione (che permette di modulare le fasi attive di conversione della CO2) possono rappresentare un’importante svolta nei sistemi di conversione della CO2. Pertanto, il progetto si propone di studiare l’interazione tra CO2 e LDH e di sviluppare catalizzatori e processi per la riduzione della CO2 a metanolo ad alta temperatura e pressione, nonché per percorsi di elettro- e fotoelettro-riduzione della CO2 volti alla produzione di combustibili verdi in fase gassosa e liquida a bassa temperatura. Il progetto apre inoltre la strada alla conversione della CO2 proveniente da flussi diluiti, come quelli derivanti dalla cattura diretta dall’aria.

Gli LDH sono materiali costituiti da strati alternati di cationi M2+ e M3+ e anioni, con un’elevata flessibilità compositiva che consente di modulare la loro struttura e proprietà. La calcificazione e riduzione degli LDH porta alla formazione di ossidi misti e nanoparticelle metalliche con un’ampia superficie specifica. Catalizzatori a base di Cu, eventualmente combinato con Fe, Ni o Ga, sono in fase di studio per migliorare l’interazione con i carbonati e la stabilità dei siti attivi. Inoltre, la riformazione degli LDH sulla superficie degli ossidi misti in presenza di CO2 e H2O consente di combinare l’elevata superficie specifica degli ossidi con l’interazione dinamica della CO2 tipica degli LDH. Questo fenomeno è particolarmente favorito nelle condizioni operative del progetto (temperatura ambiente o 200-300°C e alta pressione). Gli obiettivi principali del progetto sono: i) Approfondire lo studio dell’interazione e della reattività tra CO2 e materiali. ii) Sviluppare catalizzatori avanzati sfruttando le proprietà uniche degli LDH. iii) Definire le condizioni di processo ottimali per massimizzare la produzione di combustibili. iv) Dimostrare la possibilità di convertire la CO2 catturata direttamente dall’aria