Catalizzatori intermetallici per la produzione di idrogeno

Abstract

Ai giorni nostri, l’80% dell’approvvigionamento energetico mondiale è ancora garantito dall’impiego di fonti di origine fossile, quali petrolio, gas naturale e carbone, il cui utilizzo produce una elevata quantità di emissioni di CO2 e altri gas serra, che contribuiscono ai cambiamenti climatici. Sostituire i combustibili fossili tradizionali con nuovi vettori energetici rappresenta una necessità per costruire un futuro sostenibile. Tra le alternative possibili vi è l’utilizzo dell’idrogeno rinnovabile prodotto mediante processi a basso impatto ambientale. Il seguente elaborato di tesi si propone di studiare la produzione di idrogeno tramite reazioni di pirolisi del metano e di dry reforming impiegando l’intermetallico LaNi5 come catalizzatore. Il catalizzatore impiegato non ha mostrato considerevole attività per la reazione di pirolisi del metano ed è, invece, risultato attivo per la reazione di dry reforming in particolare alle alte temperature, raggiungendo valori di resa a CO del 28% e 4% alla temperatura massima studiata di 1073 K, rispettivamente nelle prove ad alto e basso tempo di contatto. I risultati ottenuti hanno inoltre mostrato l’instaurarsi della reazione di Boudouard alle basse temperature invece che quella di dry reforming. Effettuando due cicli di dry reforming successivi, è stato possibile apprezzare un’attivazione del catalizzatore, con un innalzamento della conversione dal 4 al 9% a 1073 K. L’analisi XRD effettuata sui catalizzatori esausti ha evidenziato una completa decomposizione dell’intermetallico a La2O3 e Ni metallico a valle del ciclo pirolisi-dry reforming.

Today, 80% of the world’s energy supply still relies on fossil sources such as oil, natural gas, and coal, whose use generates significant CO₂ and other greenhouse gas emissions, driving climate change. Replacing traditional fossil fuels with new energy carriers is mandatory for a sustainable future. A promising alternative is renewable hydrogen produced through low-environmental-impact processes. This thesis investigates hydrogen production via methane pyrolysis and dry reforming reactions using the intermetallic LaNi₂ as a catalyst. The catalyst exhibited negligible activity for methane pyrolysis but was active for dry reforming at high temperatures, achieving CO conversion of 28% and 4% at a maximum temperature of 1073 K under high and low contact times, respectively. Results also revealed the Boudouard reaction occurring at low temperatures instead of dry reforming. Performing two successive dry reforming cycles led to catalyst activation, increasing conversion from 4% to 9% at 1023 K. XRD analysis of the spent catalysts showed complete decomposition of the intermetallic phase into La₂O₂ and metallic Ni after pyrolysis-dry reforming cycle.