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Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

Tesi etd-06152016-141509


Tipo di tesi
Tesi di laurea magistrale
Autore
BALDI, CHIARA
URN
etd-06152016-141509
Titolo
Sviluppo di sorbenti solidi per la cattura di anidride carbonica ad alte temperature
Dipartimento
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA CHIMICA
Relatori
relatore Prof.ssa Seggiani, Maurizia
relatore Dott.ssa Puccini, Monica
Parole chiave
  • sorbenti solidi
  • cattura
  • anidride carbonica
  • alte temperature
  • Sviluppo
Data inizio appello
08/07/2016
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
08/07/2086
Riassunto
Attualmente, l’utilizzo dei combustibili fossili come fonte energetica provvede all’80% circa del fabbisogno energetico mondiale, causando perciò un aumento della concentrazione atmosferica di anidride carbonica, che è stata individuata come una delle principali cause del riscaldamento globale. I combustibili fossili saranno la fonte energetica dominante ancora per molti anni, pertanto, al fine di mitigare l’effetto serra si rende necessaria la riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera attraverso la cattura e lo stoccaggio su larga scala della CO2, prima che venga rilasciata nell’atmosfera.
Tra le tecnologie al momento disponibili per la cattura della CO2 da gas di combustione, la più utilizzata è l’assorbimento con soluzioni acquose di ammine. Tuttavia la sua applicazione comporta significative perdite energetiche dovute alle basse temperature operative (40-150°C), che richiedono il raffreddamento del gas da trattare, e soprattutto alle operazioni di rigenerazione del solvente. Per questo motivo, negli ultimi anni l’attenzione è stata focalizzata sulla ricerca di un sistema di separazione della CO2 operante ad elevata temperatura (450-750°C), soluzione che si presta per correnti gassose provenienti da impianti termoelettrici. In particolare, è risultato promettente l’adsorbimento su sorbenti solidi a base di ossidi metallici. Tali sorbenti devono essere altamente selettivi per la CO2 ed avere un’elevata capacità di adsorbimento alle temperature operative, nonché risultare rigenerabili. Infatti, per rendere economicamente sostenibile il processo e ridurre la produzione di residui, è necessario che il materiale sia in grado di desorbire la CO2, con l’ottenimento di una corrente ad alta concentrazione in CO2 e senza subire alterazioni delle superfici che ne pregiudichino l’utilizzo in numerosi cicli di adsorbimento/desorbimento.
Uno dei materiali più promettenti per la cattura di CO2 ad alte temperature è l’ortosilicato di litio (Li4SiO4), che mostra alta capacità sorbente, temperature di rigenerazione moderate (<750°C) e buona stabilità a cicli consecutivi. Per utilizzi con basse concentrazioni di CO2, più vicine alle condizioni tipicamente riscontrabili nelle realtà industriali, le limitazioni cinetiche rappresentano il maggiore ostacolo per l’applicazione di tale materiale. Per tale ragione, l’ortosilicato di litio è stato dopato con carbonato di potassio (K2CO3) per incrementarne la reattività. Tale carbonato agisce da promotore del processo formando miscele eutettiche con i prodotti della reazione di carbonatazione, fuse alle temperature di utilizzo. Nel presente lavoro di tesi l’ortosilicato di litio è stato sintetizzato utilizzando diversi precursori quali idrossido di litio (LiOH) e carbonato di litio (Li2CO3), impiegando sia il metodo di sintesi per stato solido sia il metodo di sintesi per precipitazione.
Inoltre nell’ottica di applicazioni industriali, sono stati sviluppati dei pellets di ortosilicato di litio, sintetizzato con i precursori sopra citati, dopato con carbonato di potassio. I pellets sono stati formati attraverso compressione meccanica delle polveri. Al fine di incrementarne le prestazioni, sono stati studiati diversi promotori di porosità che conferissero al pellet le opportune proprietà (porosità e consistenza) per la loro applicazione. I campioni ottenuti, sia in polvere che in pellets, sono stati caratterizzati mediante analisi ai raggi X (XRD) e analisi morfologica mediante microscopia elettronica scansione (SEM). Le proprietà sorbenti e la loro rigenerabilità, sia allo stato di polveri che sotto forma di pellet, sono state indagate tramite analisi termogravimetrica (TGA), sottoponendo i campioni a correnti a bassa concentrazione di CO2 (4% in volume) ed elevate temperature (580°C). Inoltre, al fine di ottenere una indicazione della porosità sviluppata durante il processo di degradazione termica dei leganti è stato messo a punto un metodo basato sull’indice di blu di metilene.
L’attività sperimentale è stata interamente condotta presso i laboratori del Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa.
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