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Design and Manufacturing of Catalytic Membrane Reactors by developing new nano-architectured catalytic and selective membrane materials

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Processi chimici più verdi e più economici

Un gruppo di scienziati ha sviluppato nuovi catalizzatori nano-strutturati e materiali di membrana selettivi per reattori catalitici a membrana (CMR) molto importanti per il settore dell’energia, che promettono prestazioni migliori e sostenibilità a basso costo.

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I CMR associano la separazione basata sulla membrana e una reazione chimica catalitica in un solo dispositivo. Oltre l’80 % delle reazioni dell’industria chimica sfruttano i catalizzatori per incrementare il ritmo e il rendimento della produzione. L’intensificazione del processo che permette di ridurre significativamente il consumo di energia e gli sprechi per tecnologie più economiche e sostenibili potrebbe avere un impatto enorme sull’industria e l’economia dell’UE. Il progetto DEMCAMER, finanziato dall’UE, ha selezionato quattro processi chimici particolarmente importanti nel settore energetico legati alla produzione di idrogeno puro, idrocarburi liquidi ed etilene. I processi sono il reforming auto termico (ATR), la sintesi di Fischer-Tropsch (FTS), il passaggio acqua-gas (WGS) e l’accoppiamento ossidativo del metano (OCM). Alla fine della seconda fase del progetto, il team ha in mano catalizzatori e membrane migliori e più convenienti per tutti e quattro i processi. Quelli per gli studi in laboratorio sono stati già consegnati ai partner e i materiali per i reattori pilota sono già stati selezionati. I catalizzatori definitivi per i CMR pilota si dimostrano tutti superiori per quanto riguarda attività, selettività e stabilità rispetto allo stato dell’arte attuale. I CMR di laboratorio per tutti e quattro i processi sono stati costruiti e sono in varie fasi di collaudo e dimostrazione. In particolare, i reattori FTS e WGS sono stati dimostrati e le membrane a ossigeno dei reattori ATR e OCM sono attualmente in fase di ottimizzazione. Sono stati progettati dispositivi pilota per tutti tranne che per i FTS CMR (vedi figura nella sezione del pilota del WGS). La progettazione di membrane, catalizzatori e CMR è stata supportata lungo tutto il processo di sviluppo dalla creazione di modelli e simulazioni. La conclusione del progetto sarà accompagnata da analisi del ciclo vitale e ambientali, i risultati preliminari delle quali sono già disponibili. L’equipe desidera garantire la sicurezza per quanto riguarda le esplosioni. È stata fatta una valutazione del rischio e sono state proposte raccomandazioni di sicurezza. Infine il team ha sviluppato il quadro per una futura analisi socioeconomica. I CMR multifunzionali di DEMCAMER per il settore energetico promettono di migliorare le prestazioni, la convenienza e la sostenibilità di processi di vitale importanza dipendenti dalle reazioni catalitiche. I modelli di catalizzatori, membrane e CMR continueranno a sostenere lo sviluppo molto dopo la conclusione del progetto.

Parole chiave

Nano-strutturato, catalizzatori, materiali della membrana, reattori catalitici a membrana, settore energetico, ATR, WGS, FTS, OCM

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