Sintesi, modificazione e caratterizzazione di materiali adsorbenti microporosi per lo stoccaggio di idrogeno

Nell'attuale scenario mondiale le scelte di politica economica e sociale, che sia i paesi industrializzati che quelli in via di sviluppo devono affrontare, sottendono in maniera sempre più incisiva e decisiva gli aspetti energetici. Grande attenzione è rivolta in particolare agli aspetti relativi alle emissioni di inquinanti e, specificamente, a quelle dovute al trasporto su strada. L'utilizzo di sistemi di trazione con celle a combustibile (fuel cell), alimentate con idrogeno, per il trasporto stradale rappresenta pertanto un'interessante alternativa ai motori a combustione interna, visti i vantaggi connessi con l'azzeramento delle emissioni nocive e l'elevata efficienza di conversione dell'energia. Un aspetto critico nell'uso dei sistemi fuel cell per il trasporto stradale è rappresentato dalla difficoltà di immagazzinamento dell'idrogeno, a causa della sua bassissima densità. Negli Stati Uniti, al fine di stimolare la ricerca in questo settore, il Department of Energy (DOE) ha fissato alcune specifiche che un efficace sistema di accumulo deve possedere, e tra queste: (a) capacità di stoccaggio; (b) temperature e pressioni di esercizio; (c) tempi, velocità e modalità di rifornimento/ricarica; (d) autonomia di percorrenza; (e) costi. I sistemi di stoccaggio "on-board" per la realizzazione di prototipi hanno finora preso in considerazione l'uso di serbatoi con idrogeno (i) gassoso e compresso ad alte pressioni, (ii) liquido a bassissime temperature, (iii) allo stato "solido" sottoforma di idruri. Nessuno di essi è però risultato pienamente soddisfacente, soprattutto in termini di capacità di stoccaggio, temperature e pressioni di esercizio, e costi. Uno dei metodi alternativi a quelli sopra descritti, con ottime prospettive future, prevede lo stoccaggio di idrogeno mediante adsorbimento in materiali porosi. Obiettivo principale del presente Progetto di ricerca -che vede la collaborazione di più Unità Operative con competenze specifiche nelle diverse aree disciplinari coinvolte- è l'individuazione e l'applicazione di materiali innovativi per l'adsorbimento di idrogeno, finalizzate al suo immagazzinamento in serbatoi per veicoli con celle a combustibile. Il Progetto include lo studio di materiali adsorbenti microporosi di nuova formulazione -inorganici (zeolite-type) e metallo-organici (metal organic frameworks, MOF)- sia con metodologie sperimentali che modellistiche. Sarà inoltre considerata la finalità applicativa, mediante lo sviluppo di un sistema di propulsione ibrido elettrico-fuel cells di piccola potenza (2-4 kW), idoneo ad utilizzo su ciclomotori, alimentato con un dispositivo di accumulo di idrogeno a base di materiali adsorbenti.