RT 39-2021 PROT 0001370 del 23-07-21: Protocollo di produzione e caratterizzazione morfologica e microstrutturale di supporti a porosità ingegnerizzata mediante tecnica di freeze casting

Nell'ambito sia nazionale che internazionale, la possibilità di utilizzare membrane composite totalmente ceramiche per la separazione di idrogeno ad alte temperature accoppiando una fase a conduzione protonica a base di BaCe0.65Zr0.2Y0.15O3 (BCZY) con una fase a conduzione elettronica, ceria drogata con Gd (Gd0.2Ce0.8O2, GDC), è stata dimostrata ampiamente. In particolare, è stato dimostrato che membrane a base di BCZY-GDC con architettura asimmetrica prodotte mediante colaggio su nastro, permettono di ottenere flussi massimi di idrogeno permeato fino a 0.68 mL min-1 cm-2 a 750 °C con una media attestabile sui 0.47 mL min-1 cm-2 a 750 °C, valori tra i più elevati riportati in letteratura per un sistema ceramico. Tuttavia, le performance attualmente raggiunte, sebbene interessanti, necessitano ancora di attività di ricerca applicata allo scopo di raggiungere flussi di idrogeno permeato >= 1 mL min-1 cm-2, interessanti per applicazioni industriali. In questa direzione, il miglioramento delle performance fluidodinamiche nonché dell'attivazione catalitica del supporto, necessarie a massimizzare l'efficienza di separazione, riducendo le perdite di carico ad esso connesse quando correttamente inserite in impianto, risulta essere di cruciale importanza per la loro concreta applicazione. Per queste ragioni, scopo dell'attività, è stata la messa a punto di processi di produzione in grado di realizzare supporti a porosità ingegnerizzata a livello di quantità, dimensione, direzionalità dei pori, allo scopo di raggiungere livelli di performance anche di un ordine di grandezza superiori rispetto i flussi di idrogeno attualmente stato dell'arte per questa tipologia di sistemi. L'attività svolta ha permesso la formulazione di una sospensione acquosa ottimizzata a base di BCZY-GDC da utilizzare per l'ottenimento di supporti a porosità ingegnerizzata mediante tecnica di freeze-casting. Sono stati identificati natura e percentuali di additivi quali deflocculante (Darvan 811, 0.3% wt) e legante (PVA, 2% wt), valutandone allo stesso tempo, l'influenza che quest'ultimo ha sulla porosità dei campioni da un punto di vista morfologico e strutturale. È stato poi possibile identificare un ciclo di freezing ottimale in termini di velocità di raffreddamento (30°C/h) che ha permesso l'ottenimento di sistemi idonei a fungere da supporto in termini di microstruttura, livello ed orientamento della porosità. L'abbassamento della temperatura finale di sintering ha poi consentito l'ottenimento di valori di porosità del campione così ottimizzato ben superiori al valore prefissatosi del 40%.