1. SCORE2 – Solar-driven COnveRsion of CO2 with HP-HT photorEactor
Finanziato da MUR nell’ambito della misura PRIN: PROGETTI DI RICERCA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE – Bando 2022 PNRR con 233991 Euro (Novembre 2023 – Ottobre 2025)
Responsabile nazionale: Prof. Ilenia Rossetti, in collaborazione con Prof. Gianguido Ramis (Università di Genova), Prof. Michela Signoretto (Università di Venezia), Prof. Barbara Bonelli (Politecnico di Torino).
Abstract del progetto:
The photoconversion of CO2 through solar energy is the most challenging application in photocatalysis, due to the high stability of this compound and slow kinetics of a multi-electron transfer reaction. Limited reactivity is reported both in liquid and gas phase, also due to poor CO2 solubility in water and limited surface adsorption of CO2.
SCORE2 pursues the ambitious objectives to i) regenerate valuable chemical compounds in a fully circular approach; ii) convert CO2 to regenerated fuels and chemicals; iii) store solar energy. We will demonstrate an integrated process for the photocatalytic reduction of CO2 in gas and liquid phase exploiting efficiently the solar light spectrum through smartly engineered semiconductors, prepared by means of advanced synthesis techniques and exploited in an unconventional photoreactor.
Advanced solar sensitive materials will be synthetised and thoroughly characterised by means of different complementary approaches. A new generation of upconversion (UC) hybrid nanomaterials (NMs) relying on Triplet-Triplet Annihilation (TTA) will be designed by POLITO to exploit solar light. Compared with state-of-the-art, such NMs have the great advantage of working with non-coherent and relatively low-intensity incident light (ca. hundreds of mW/cm2), making them particularly promising for solar applications. On the other hand, mixed oxides with perovskite structure revealed very promising for this application through in silico design and will be exploited by UNIVE by innovative synthesis methods. UNIVE and POLITO will be also in charge of the physical chemical and spectroscopic characterisation of all the catalysts.
Testing for the photoreduction of CO2 will be carried out at UNIMI by means of a unique device operating at high pressure and temperature (HP, up to 20 bar, and HT, up to 100°C). This gas/liquid/solid photoreactor will allow operating in continuous mode. High pressure photoreactors are very challenging due to the need of a pressure-resistant vessel, but equipped with specially designed transparent quartz windows. Additionally, it uses the beneficial effect of high temperature to fasten mass transfer and kinetics.
Finally, the best performing materials will be deepened through advanced spectroscopic and optical characterisation by UNIGE, who will be also in charge of understanding the role of different hole scavengers to boost the reactivity, besides a broader investigation on the reaction mechanism. The fusion between advanced materials design and unconventional reaction conditions is the key to boost the productivity by orders of magnitude even by using very simple, robust and inexpensive photocatalysts, as already successfully demonstrated by us at lab scale. Indeed, high pressure improves the solubility in water (when operating in gas/liquid/solid phase) and surface adsorption of CO2, boosting kinetics thanks to increased concentration of the reactant over the catalyst.
2. AGRITECH NATIONAL CENTER
Finanziato da MUR nell’ambito della misura European Union Next-GenerationEU (PIANO NAZIONALE DI RIPRESA E RESILIENZA (PNRR) – MISSIONE 4 COMPONENTE 2, INVESTIMENTO 1.4 – D.D. 1032 17/06/2022, CN00000022). In particolare siamo attivi nei Tasks 8.2.3, 8.3.2 e 8.4.1 per lo sviluppo di catalizzatori e sistema prototipale per la metanazione diretta del biogas, per un dispositivo per la rimozione di gas serra da stalle e per la modellazione processistica e valutazione economica di entrambi i sistemi. Complessivamente abbiamo ricevuto un contributo per circa 300000 Euro (Settembre 2022 – Agosto 2025).
3. SCORE – SOLAR ENERGY FOR CIRCULAR CO2 PHOTOCONVERSION AND CHEMICALS REGENERATION
Finanziato da Fondazione Cariplo con 300.000 Euro (Marzo 2022 – Febbraio 2024)
Responsabile nazionale: Prof. Ilenia Rossetti, in collaborazione con Prof. Gianguido Ramis (Università di Genova), Prof. Michela Signoretto e Prof. Federica Menegazzo (Università d Venezia), Prof. Linda Barelli, Luca Gammaitoni e Dr. Alessandro di Michele (Università di Perugia), Dr. Riccardo Rurali (Institut de Ciència de Materials de Barcelona, ICMAB-CSIC).
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4. Hub One Health
I. Rossetti è responsabile per il dipartimento di Chimica del progetto finanziato nell’ambito delle Grandi Sfide di Ateneo 2021.
5. REWIND: Design of circular industrial processes for the valorisation of wastes as sustainable raw materials./Design di processi industriali circolari per la valorizzazione di rifiuti come materie sostenibili
Progetto finanziato dal Programma Operativo Nazionale (PON, MUR) “Ricerca e Innovazione” 2014/2020 , Azione IV.4 “Dottorati e contratti di ricerca su tematiche dell’innovazione” e IV.6 “Contratti di ricerca su tematiche Green” con una posizione RTDA per 3 anni (2022-24)
6. Solar driven valorisation of CO2 to chemicals and fuels
Coordinatrice italiana del progetto finanziato dal programma Royal Society (UK) International Exchanges 2019 Round 2 (IES R2 192278). Dic. 2019 – Nov. 2022. Partners: Imperial College London (UK), Cardiff University (UK). (£1 2000)
7. Mitacs Globalink Research Award, Canada
Progetto a supporto dell’azione di mobilità di Chenxu Shi (Calgary University) per un periodo di 3 mesi (6000 CAN$)
8. Transition grant
Finanziamento premiale attribuito grazie al mancato finanziamento per esaurimento fondi di un bando europeo, valutazione fascia A, per un progetto di cui è stata PI. Grant finanziato per il 2019-20 dall’Ateneo per 15000 euro.
9. DeN – Innovative technologies for the abatement of N-containing pollutants in water
Finanziato fa Fondazione Cariplo con 240.000 Euro (Marzo 2016 – Febbraio 2019)
Responsabile nazionale: Prof. Ilenia Rossetti, in collaborazione con Prof. Gianguido Ramis (Università di Genova) e Prof. Barbara Bonelli (Politecnico di Torino)
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Lo sviluppo di metodi efficaci per l’abbattimento di inquinanti da acque reflue e falde è una delle problematiche più pressanti. In composti azotati inorganici (ammoniaca, nitriti e nitrati) ed alcuni composti organici persistenti (coloranti, pesticidi e farmaci) sono contaminanti particolarmente problematici delle acque, legati a malattie croniche o acute che affliggono particolarmente bambini e neonati. Inoltre, come componenti delle acque di scarico contribuiscono come nutrienti al fenomeno dell’eutrofizzazione e possono contaminare le falde. Questo problema è importante in zone a vocazione agricola o dove siano presenti alcuni comparti industriali (ad es. reazioni di nitrazione).
In questo progetto proponiamo processi innovativi per l’abbattimento di composti azotati, massimizzando la selettività ad azoto molecolare. L’obiettivo applicativo è il trattamento di reflui agricoli o industriali per rientrare nei limiti di legge per questi inquinanti e la potabilizzazione delle acque in aree particolarmente critiche.
Ci baseremo sull’esperienza pregressa del gruppo nello sviluppo di processi catalitici e fotocatalitici, operanti anche in condizioni non convenzionali, per proporre una strategia combinata per l’eliminazione di tutte queste specie. La problematica è critica ed urgente per la nostra Regione, la cui efficienza di rimozione mediante trattamento convenzionale di composti azotati è inferiore al target (75%) e si attesta su livelli del 60-66% a seconda della taglia di impianto.
In particolare considereremo le seguenti reazioni:
– Fotoriduzione di nitrati e nitriti.
– Fotoossidazione di NH3
– Fotodegradazione di composti organici azotati che rappresentano alcuni degli inquinanti persistenti nelle acque. Alcuni esempi di coloranti, pesticidi e farmaci saranno usati come molecole modello per il design del processo.
10. UP – Unconventional Photoreactors
Finanziato da Fondazione Cariplo e Regione Lombardia con 55,000 Euro (Ottobre 2016 – Luglio 2018)
Responsabile: Prof. Ilenia Rossetti
Una precedente proposta da parte di I. Rossetti per il bando ERC Consolidator grant del 2015 è stata giudicata di alta qualità dai valutatori. Questo finanziamento rappresenta quindi una misura di rafforzamento dell’idea progettuale e del PI per partecipare ad un prossimo bando ERC.
Il progetto si focalizza sul dimensionamento, design e modellazione di fotoreattori non convenzionali per varie applicazioni, prevalentemente per l’abbattimento di inquinanti azotati dalle acque.
11. HERCULES – HEterogeneous Robust Catalysts to Upgrade Low valuE biomass Streams
Finanziato dal MIUR (PRIN2015) Febbraio 2017 – Gennaio 2020
Responsabile locale Prof. Gianguido Ramis per l’unità UniGE, coordinatore nazionale Prof. A. Vaccari (UniBO)
Il progetto complessivo punta allo sviluppo di catalizzatori robusti ed a basso costo per lo sfruttamento di biomasse. La nostra unità operativa, @UniGE, si concentrerà sullo sviluppo di un processo fotocatalitico per la valorizzazione di soluzioni ad alto tenore di zuccheri (reflue o ottenute dall’idrolisi di biomasse) per la produzione di idrogeno e combustibili.
