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Dal solare termico ai processi catalitici sostenibili

Pubblicato su Joule uno studio di Università di Torino, Università di Trieste, ICCOM- CNR, Rice University (USA), Czech Advanced Technology and Research Institute di Olomouc (Repubblica Ceca), Politecnico di Milano e Istituto Italiano di Tecnologia.

Sviluppate nuove metodologie per sfruttare il solare termico ad alta temperatura usando fotocatalizzatori che siano in grado di utilizzare in maniera efficace la luce solare per produrre carburanti molecolari (come l'idrogeno verde) e sostanze chimiche (come il metanolo) con processi a basso impatto ambientale.

È il risultato conseguito dal team di ricerca guidato da Alberto Naldoni dell'Università di Torino e da Paolo Fornasiero dell'Università di Trieste e dell'Istituto ICCOM-CNR, in collaborazione con Alessandro Alabastri della Rice University (USA), Luca Mascaretti del Czech Advanced Technology and Research Institute di Olomouc (Repubblica Ceca), Andrea Schirato del Politecnico di Milano e Istituto Italiano di Tecnologia e Tiziano Montini dell'Università di Trieste.

Lo studio Challenges in temperature measurements in gas-phase photothermal catalysis, appena pubblicato sulla prestigiosa rivista Joule (IF = 46), pone importanti fondamenta per misurare correttamente la temperatura durante processi catalitici fototermici che usino la luce solare per la produzione di idrogeno verde, per la riduzione di biossido di carbonio, per la conversione di metano, e più in generale per tutti quei processi chimici che siano in grado di sfruttare in maniera efficace la luce solare per produrre carburanti molecolari e sostanze chimiche con processi a basso impatto ambientale.

Il campo della catalisi fototermica sta recentemente emergendo come un'alternativa ai processi di catalisi eterogenea largamente usati nell'industria (per produrre ad esempio ammoniaca, idrogeno, o metanolo), che tuttavia necessitano di alte temperature e pressioni per raggiungere rese elevate, richiedendo quindi un consumo energetico molto elevato.

La catalisi fototermica, invece, usa la luce solare concentrata e opportuni materiali chiamati fotocatalizzatori (come ad esempio il semiconduttore biossido di titanio - TiO2 - oppure il metallo plasmonico titanio nitruro - TiN), che riescono a generare alte temperature e cariche elettroniche in grado di compiere le reazioni chimiche di interesse utilizzando quindi solo energia rinnovabile solare.

Una misurazione corretta della temperatura generata sulla superficie del fotocatalizzatore è un passo fondamentale nello sviluppo di processi catalitici fototermici siccome permette di comprendere con esattezza il meccanismo di reazione.

Il rapido sviluppo di processi integrati fototermici favorirà l'installazione decentralizzata di impianti di piccolo/media dimensione per la produzione di carburanti solari e sostanze chimiche, così offrendo un'alternativa alla produzione su larga scala da cui siamo dipendenti e che può condizionare il mercato energetico e i costi della vita, come attualmente sottolineato dalle situazioni di emergenza sanitaria e bellica in essere.

Lo studio è stato finanziato dai progetti Europei DECADE e SUN2CHEM, dal Ministero dell'Educazione, Gioventù e Sport della Repubblica Ceca e dalla National Science Foundation (USA).

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