Le celle a combustibile sono sistemi destinati a sostituire le batterie di telefoni cellulari, computer portatili e veicoli. Convertono l'energia prodotta dalla combinazione di ossigeno e idrogeno in elettricità. Tuttavia, al momento sussistono delle difficoltà nello stoccaggio sicuro dell'idrogeno, sebbene una valida alternativa sia quella di utilizzare un'infrastruttura che generi idrogeno gassoso all'interno della cella a combustibile stessa.
In questi casi, il metanolo viene tipicamente utilizzato come materia prima. Ad esempio, invece di alimentare veicoli o telefoni con l'idrogeno, si può aggiungere metanolo, convertendolo in idrogeno all'occorrenza. Ora, i ricercatori dell'Università dei Paesi Baschi (UPV/EHU) hanno sviluppato un dispositivo per migliorare questo processo.
Hanno progettato un'infrastruttura speciale: un reattore composto da microcanali. Il microrreattore risultante è cento volte più piccolo di un sistema di reattore convenzionale. Le dimensioni del reattore sono cruciali per tutti questi dispositivi mobili. "Sviluppare un reattore composto da microcanali non è un compito facile", ha spiegato Oihane Sanz, ricercatore presso il Dipartimento di Chimica Applicata dell'Università dei Paesi Baschi (UPV/EHU). "È essenziale selezionare attentamente i materiali, lavorare i microcanali, assemblare il sistema e applicare il rivestimento catalitico, tra le altre cose.".
Come osservato, questi reattori composti da microcanali contribuiscono a migliorare il trasferimento di calore per la conversione del metanolo in idrogeno. Grazie a ciò, la temperatura di reazione viene controllata in modo appropriato, minimizzando così i punti caldi in cui si produce monossido di carbonio (CO). Se il CO viene generato insieme all'idrogeno, può contaminare la cella a combustibile e impedirne il corretto funzionamento, interrompendo di conseguenza la produzione di energia.
Un catalizzatore stabile
Analogamente, la scelta di un catalizzatore e l'utilizzo di un metodo di posizionamento appropriato sono essenziali affinché la reazione proceda nel modo più efficiente. "Una delle maggiori sfide con questi reattori a microcanali è l'introduzione del catalizzatore in canali così piccoli. Per questo motivo, l'obiettivo di questa ricerca era progettare un catalizzatore stabile e installarlo nel sistema nel modo migliore possibile", spiega Sanz.
Nei processi di produzione di idrogeno dal metanolo, vengono utilizzati catalizzatori al palladio (Pd), come in questo caso. Nello specifico, è stato utilizzato PdZnO. Spesso, "quando si integrano i catalizzatori in reattori costituiti da microcanali, le caratteristiche dei catalizzatori si perdono. Tuttavia, con i catalizzatori utilizzati in questo studio, oltre a mantenere le loro caratteristiche, siamo stati in grado di realizzare il processo con facilità", aggiunge.
Con l'infrastruttura e il catalizzatore appropriati, il microrreattore progettato produce 30 unità di idrogeno liquido/mercurio; la conversione del metanolo è del 95% e la conversione del monossido di carbonio (CO) è inferiore all'1%. "È molto importante controllare la produzione di monossido di carbonio, poiché può contaminare la cella a combustibile", sottolinea Sanz.
“Sono stati documentati sistemi che producono una maggiore quantità di idrogeno (12-50 lH2/hg), ma la conversione del metanolo è inferiore (intorno all'80% e, in alcuni casi, anche solo del 4%) e, inoltre, vengono generati prodotti marginali”, aggiunge Sanz, che sottolinea come questa progettazione “ci permetta di sviluppare un processo più pulito, più sicuro e meno costoso”.
La ricerca è stata condotta dal Dipartimento di Chimica Applicata della Facoltà di Scienze Chimiche dell'Università dei Paesi Baschi (UPV/EHU), diretto dal professor Mario Montes. Hanno collaborato anche il gruppo diretto dal professor José Antonio Odriozola (ICMS, Centro Congiunto US-CSIC) dell'Università di Siviglia e il gruppo diretto dai professori Gurutze Arzamendi e Luis M. Gandia dell'Università Pubblica di Navarra.
Riferimento bibliografico
FJ Echave, O. Sanz, M. Montes. “Rivestimento di reattori a microcanali con catalizzatore PdZnO per il reforming a vapore del metanolo” Applied Catalysis A: General: 159 -167 2014.
Fonte: Agenzia SINC
