La messa a punto di tecnologie sostenibili per l’estrazione di H₂ puro da miscele di gas può essere considerata strategica nell’ambito della produzione di idrogeno, sia da fonti classiche come il processo di reforming (ancora la fonte principale di approvvigionamento) che da fonti rinnovabili di tipo intermittente. L’idrogeno può avere diversi impieghi quali quello di vettore energetico, o in miscela con vettori tradizionali (ad es. in miscela al 5% con metano) può ridurre sensibilmente le importazioni di gas naturale e contribuire alla decarbonizzazione, o come reagente per la produzione di chemicals. La Commissione Europea ha di recente riconosciuto questo importante ruolo all’idrogeno inserendo le tecnologie e i sistemi che ne fanno uso tra le 6 “key strategic value chains” che l’industria deve affrontare da qui al 2030 per contribuire alla decarbonizzazione dell’Unione Europea.
Uno dei sistemi di separazione più efficiente, economicamente vantaggioso e che può lavorare in continuo, è basato sulla tecnologia delle membrane, che permettono di separare l’idrogeno da miscele di gas con un grado di purezza molto elevato. Attualmente, le membrane più efficienti in termini di flussi e selettività, permettendo di ottenere un prodotto ad elevata purezza, sono quelle basate su metalli preziosi e leghe (specialmente a base di Palladio).
In questo ambito, il gruppo ha una esperienza pluriennale in materiali per celle a combustibile ad ossido solido, membrane per la separazione di idrogeno e materiali per lo stoccaggio di idrogeno. In particolare, negli anni ha sviluppato diversi metodi di sintesi di materiali bulk e film sottili, oltre che occuparsi della loro caratterizzazione anche funzionale. Negli ultimi anni il gruppo si è concentrato nel trovare un’alternativa al palladio per queste membrane, operante nello stesso intervallo di temperature. A questo scopo, sono stati sviluppati substrati ceramici porosi e messe a punto tecnologie di deposizione fisica da vapore (magnetron sputtering e HiPIMS) per la deposizione di film a base di leghe contenenti metalli alternativi al palladio quali, ad esempio, il vanadio, che mostrino una buona solubilità di idrogeno. Tali leghe hanno mostrato permeanze analoghe a quelle delle membrane di palladio e buone stabilità nell’intervallo 300-400°C.
Più di recente sono allo studio anche altre leghe e processi che non solo riducano i costi rispetto alle membrane di palladio, ma che ne aumentino anche la sostenibilità in termini di minor consumo di risorse e minor impiego di materiali critici. A questo scopo il gruppo ha avviato uno studio di Life Cycle Assessment (LCA) per valutare l’impatto ambientale di materiali e processi impiegati in questo particolare ambito.