DWP3LA1_1 R.T. Analisi del processo reversibile di coelettrolisi (CO2/H2O)-metanazione (SOEC) e generazione di energia elettrica (SOFC) (R.E. 05/2020)

Gli elettrolizzatori dovrebbero poter operare in un intervallo di temperatura in cui sono efficienti, economici, con elevata stabilità per essere integrati a: i) cicli industriali di produzione elettrica o di ii) produzione di energia termica come il solare termodinamico, o iii) in impianti. con elevati cascami termici residuali. Gli elettrolizzatori convenzionali che funzionano a basse temperature (celle alcaline e polimeriche) sono influenzati da costi elevati, un intervallo di funzionamento limitato e nessuna o limitata integrazione con i processi termici. D'altra parte, i dispositivi gli elettrolizzatori operanti ad alta temperatura (celle di elettrolizzatore a ossido solido - SOEC) sono influenzati da una vita operativa limitata, condizioni severe per l'integrazione con i processi termici, severe restrizioni per la gestione del gas in ingresso (cioè H2) e nessuna flessibilità per quanto riguarda la produzione di prodotti chimici. Inoltre, entrambe queste tecnologie possono immagazzinare energia solo come H2 e non possono convertire la CO2 in sostanze chimiche ad alto valore aggiunto come ad esempio il metano, sebbene la coelettrolisi di H2O e CO2 in syngas sia già stata dimostrata ad alte temperature (900 ° C). Tuttavia, la qualità dei prodotti chimici (solo produzione di syngas) ottenibili e la necessità di un grande apporto di H2 (almeno 5% vol.) al fine di mantenere il catodo allo stato metallico, sono i principali vincoli degli elettrolizzatori ad alta temperatura (SOEC). Pertanto, queste caratteristiche sono anche i principali ostacoli a una profonda penetrazione di queste tecnologie nel mercato dell'immagazzinamento di energia elettrica mediante la sua conversione in combustibile. Un compromesso ottimale potrebbe essere rappresentato dalla messa a punto di una tecnologia SOEC che opera nell'intervallo di temperature tra 500 e 700 ° C utilizzando materiali diversi da quelli convenzionalmente utilizzati per la fabbricazione di celle, o almeno utilizzando uno strato di rivestimento sul catodo al fine di migliorare la qualità di gas producibile con questo processo. Questa U.O. si è occupata di migliorare gli aspetti di "praticità" di una cella SOEC/SOFC commerciale, in modo da operare nell'intervallo di temperatura 525-700 ° C ottenendo un gas ad alto valore aggiunto. Con questa intenzione, la strategia adottava ha riguardato l'utilizzo di uno strato funzionale sul catodo Ni-YSZ al fine di promuovere la metanazione di CO2 e CO per effetto della loro reazione con l'H2 prodotto dall'elettrolisi dell'H2O. Vengono qui presentati i risultati migliori ottenuti adottando due formulazioni elettrocatalitiche a base di leghe (cioè Ni-Fe e Cu-Sn) mescolate con ceria drogata di gadolinia (CGO) e una prova di durata da 1000 h condotta con una formulazione elettrocatalità che è sembrata essere più promettente. Inoltre, sono state avviate le prove preliminari per lo studio di una perovskite exsoluta che sta già dimostrando risultati interessanti nella resistenza alla deposizione di carbone e di inquinamento allo zolfo. Pertanto in questo report saranno riportate anche le indagini preliminari condotte su questo materiale innovativo.