Abstract
La necessità di una produzione di idrogeno competitiva in termini di costi e climaticamente neutra sta diventando sempre più urgente per favorire una transizione globale verso un'energia pulita. La pirolisi del metano al plasma, per la produzione ad alte prestazioni di idrogeno e polvere di carbonio, senza emissioni dirette di CO₂, rappresenta una soluzione ecologica e intelligente. Allo stato attuale della tecnica, la comprensione della cinetica di conversione del metano in carbonio, idrogeno e sottoprodotti è limitata da due aspetti: la comprensione della fisica e della chimica della scarica al plasma e quella della successiva nucleazione e crescita delle particelle carboniose.
Per migliorare le prestazioni del processo, rendendolo così un importante contributo al portafoglio di tecnologie utilizzabili per favorire la transizione verso un'economia basata sull'idrogeno, è necessario approfondire la conoscenza di questi aspetti ben oltre lo stato dell’arte. In questo contesto, gli obiettivi specifici del progetto SMART_H2 sono i seguenti:
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sviluppare un modello a parametri concentrati del processo al plasma, capace di correlare la potenza assorbita dalla scarica, così come i principali parametri operativi, come la pressione e la composizione del flusso in ingresso, all’evoluzione chimica all’interno del volume di plasma. Il modello sarà sviluppato per descrivere la chimica e la fisica delle due tecnologie al plasma attualmente più promettenti per la conversione del metano: le scariche ad arco e quelle a microonde;
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sviluppare un modello monodimensionale capace di descrivere la cinetica attiva nelle fasi immediate successive alla scarica al plasma, così come nella parte successiva del reattore al plasma. Il modello cinetico sarà composto da una parte che descrive le reazioni elementari attive durante la pirolisi del metano nelle condizioni investigate, mentre la nucleazione del carbonio sarà modellata utilizzando il metodo sezionale discreto;
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sviluppare e applicare una strategia per determinare, a partire da principi primi, le costanti di velocità necessarie a descrivere la formazione di molecole aromatiche policicliche subito dopo la scarica al plasma e nella successiva fase di raffreddamento, nonché la nucleazione e crescita contestuale delle polveri di carbonio.
Responsabile scientifico per il Dipartimento
Prof.ssa Cristina Puzzaini (responsabile locale)
Parthership
Politecnico di Milano
Università di Bologna