SCORE – SOLAR ENERGY FOR CIRCULAR CO2 PHOTOCONVERSION AND CHEMICALS REGENERATION

01/03/2022 – 28/02/2025

SCORE intende promuovere una tecnologia innovativa per la valorizzazione di CO2 mediante energia solare. In un’ottica di economica circolare, si otterranno combustibili e prodotti di alto valore aggiunto a partire da un refluo gassoso nocivo (CO2, prodotti dei principali processi di combustione, ad esempio nella conversione di energia). Il biossido di carbonio è un critico gas serra, corresponsabile dei cambiamenti climatici in atto ed economicamente negativo a causa del pagamento delle quote di emissione.
La tecnologia SCORE ridà valore al CO2 sequestrato da effluenti industriali tramite un nuovo concetto di fotoreattore, operante per la prima volta ad alta temperatura ed alta pressione, accoppiato ad un concentratore solare. La ricetta per il successo di questa nuova tecnologia si basa sull’unione di tre ingredienti: sviluppo di fotocatalizzatori più efficienti,
amplificazione dell’intensità della radiazione solare ed impiego di condizioni di reazione non-convenzionali.

SCORE ha come obiettivo la dimostrazione su scala semi-pilota di un concetto rivoluzionario di fotoreattore solare, applicato per la prima volta alla fotoriduzione di CO2.
I target quantitativi che intendiamo raggiungere in SCORE prevedono l’accumulo di energia solare in composti chimici (acido formico, formaldeide, metanolo, metano, ecc.) ad alto valore aggiunto rispetto ai reagenti (CO2 + H2O). L’efficienza prevista è > 15% (solar-to-fuel).
SCORE ha inoltre un obiettivo formativo per 4 giovani ricercatori, con specifiche responsabilità scientifiche nel progetto e coinvolti nella divulgazione dei risultati.
Un ulteriore obiettivo è la sensibilizzazione dell’opinione pubblica sulla tematica dell’economia circolare, declinata come rigenerazione di prodotti utili a partire da scarti nocivi per l’ambiente. Attenzione sarà rivolta alla formazione di un network industriale per lo sviluppo futuro della tecnologia SCORE.

Il progetto si articola su 3 azioni (a cui si aggiungono la gestione del progetto, WP0, e la disseminazione/comunicazione/IP).
L’obiettivo ambizioso è raggiungibile solo unendo diversi aspetti realizzativi: il design e la realizzazione di materiali fotosensibili nella più ampia porzione possibile dello spettro solare (WP1), la realizzazione di un fotoreattore operante in condizioni non convenzionali (alta temperatura ed alta pressione), sfruttando una tecnologia unica sviluppata dal nostro gruppo (WP2) e la concentrazione di energia solare nel fotoreattore sviluppando un prototipo di concentratore puntuale abbinato per la prima volta al fotoreattore (WP2). Queste attività porteranno alla dimostrazione della fattibilità della tecnologia e sulla base di questi risultati si procederà al design preliminare di processo, con valutazione economica e di impatto ambientale (WP3). Quest’ultima azione sarà il risultato rilevante da proporre al network industriale per la futura implementazione.

I risultati attesi sono:
1) Sviluppo di un materiale fotosensibile in grado di assorbire almeno lunghezze d’onda inferiori a 600 nm, sfruttando quindi la maggior parte della componente UV e visibile dello spettro solare, e attivo/stabile per la reazione. I materiali saranno progettati ab initio da CSIC e realizzati con tecniche di preparazione avanzate da INSTM;
2) Realizzazione di un reattore continuo operante fino a 30 bar e fino a 300°C per la fotoriduzione di CO2 a prodotti ad alto valore aggiunto e combustibili rigenerati.
3) Realizzazione di un concentratore solare tipo Fresnel, abbinato al fotoreattore.
4) Ottimizzazione delle rese, design di processo e valutazione economica e di impatto ambientale per il futuro scale-up.
5) Formazione di 4 giovani ricercatori (incluse soft skills)
6) Sviluppo di un network industriale per la futura implementazione dei risultati su scala pilota.
7) Diffusione dei risultati presso il pubblico non specializzato.

Il progetto è svolto da due partner: 5 gruppi di ricerca di varie università italiane consorziate tramite il Consorzio Interuniversitario per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) e ICMAB-CSIC (Agencia Estatal Consejo Superior De Investigaciones Cientificas – Institut de Ciència de Materials de Barcelona). 

INSTM: 

Università di Milano – Prof. Ilenia Rossetti (PI): progettazione, sviluppo e test del fotoreattore ad alta T e P accoppiato al concentratore solare.

Università di Genova – Prof. Gianguido Ramis: studio del meccanismo di reazione.

Università di Venezia – Prof. Michela Signoretto: sintesi dei materiali.

Università di Perugia (Fisica) – Prof. Luca Gammaitoni: caratterizzazione dei materiali.

Università di Perugia (Ingegneria) – Prof. Linda Barelli: design del processo integrato e modellazione del reattore e del concentratore solare.

ICMAB-CSIC:

Dr. Riccardo Rurali: design in silico di materiali fotoattivi nel visibile per la fotoriduzione di CO2.

 

I risultati della ricerca sono stati finora pubblicati come segue.

  1. “Artificial photosynthesis: the role of photocatalysis in the energy transition”, M. Tommasi, F. Conte, G. Ramis, I. Rossetti, DGMK Tagungsbericht, 2022, Vol.2022(3), p.134-15.
  2. “Carbon nitride-based catalysts for high pressure CO2 photoreduction”, M. Tommasi, F. Conte, I. Rossetti, G. Ramis, Materials Proceedings, 11 (2022) 1. Scarica qui
  3. “Carbon nitride-based catalysts for high pressure CO2 photoreduction”, F. Conte, E.I. García-López, G. Marcì, C.M.L. Bianchi, G. Ramis, Rossetti, Catalysts, 12 (2022) 1628. Scarica qui
  4. “Model validation and dynamic simulation of post-combustion carbon dioxide separation with membranes”, A. Tripodi, R. La Pietra, M. Tommasi, Rossetti, J. Membrane Science, 676 (2023) 121586. Scarica qui
  5. “Highly efficient and effective process design for high-pressure CO2 photoreduction over supported catalysts”, M. Tommasi, F. Conte, I. Fontana, M.I. Alam, G. Ramis, I. Rossetti, Energies, 16 (2023) 4990. Scarica qui

 

I risultati sono anche stati presentati ai seguenti congressi e scuole.

  1. “Photoreduction of CO2 at high pressure: effect of co-catalysts and conditions, G. Ramis, F. Conte, I. Rossetti, NAM2022, Maggio 2022, presentazione poster.
  2. “Carbon nitride-based catalysts for high pressure CO2 photoreduction”, I. Rossetti, G. Ramis, F. Conte, ANM2022, Aveiro, luglio 2022, presentazione orale.
  3. “Artificial Photosynthesis: The Role of Photocatalysis in the Energy Transition“, M. Tommasi, F. Conte, I. Rossetti, G. Ramis, DGMK2022, ottobre 2022, presentazione orale.
  4. “Carbon nitride-based catalysts for high pressure CO2 photoreduction”, G. Ramis, M. Tommasi, F. Conte, I. Rossetti, XXII Congresso Nazionale della Divisione di Chimica Industriale della SCI, Catania, 7-8 novembre 2022, presentazione poster
  5. “Photoreduction of CO2 to liquid products with innovative photocatalysts”, Tommasi, M.I. Alam, G. Ramis, I. Rossetti, 2° Scuola Enerchem, Firenze, 13-17 febbraio 2023, comunicazione orale.
  6. “High CO2 Photoreduction Performance Achieved with Ceria-Based Photocatalysts”, O. Tammaro, V. Russo, B. Masenelli, M. Tommasi, I. Rossetti, S. Esposito, 2° Scuola Enerchem, Firenze, 13-17 febbraio 2023, comunicazione orale.
  7. “Exfoliated carbon nitride as solar sensitive materials for photocatalytic applications”, S.N. Degerli, M. Tommasi, G. Ramis, I. Rossetti, ANM 2023 – 20th International conference on Advanced Nanomaterials, Aveiro, 26-28 luglio 2023, Comunicazione orale.
  8. “Perovskite as novel photocatalytic material for CO2 utilization” S. Taghavi, G. Forghieri, E. Ghedini, M. Signoretto, XXIII National Catalysis Congress, GIC 2003, Genova, 14-16 giugno 2023, comunicazione poster.
  9. “Development of perovskite-based materials for the photo-catalytic valorization of CO2” G. Forghieri, I. Martin, E. Ghedini, F. Menegazzo, M. Signoretto, XII Congresso Nazionale di Chimica Industriale, Catania, 7-8 novembre 2022, comunicazione orale.

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