Obiettivo 2: Stoccaggio, trasporto e trasformazione in derivati ed e-fuels
REFERENTE/I
Massimo Viviani – CNR
massimo.viviani@cnr.it
Attività
Negli ultimi 20 anni la tecnologia delle celle a combustibile a ossidi solidi ha compiuto notevoli progressi, rendendole pronte per un utilizzo su larga scala, sia come generatori di potenza sia come strumenti per l’accumulo di energia sotto forma di idrogeno verde.
La loro elevata efficienza le rende adatte anche per la riduzione simultanea di CO2 e H2O, un processo che, grazie alla crescente disponibilità di energia elettrica rinnovabile, apre la strada alla produzione sostenibile di combustibili di sintesi, come ad esempio il metano.
Questa linea sviluppa materiali e componenti innovativi con l’obiettivo di operare a 500–750 °C, produrre syngas arricchito in metano e trasferire le formulazioni selezionate dalle polveri e dalle button cells a una monocella planare proof-of-concept da 5 × 5 cm.
Il percorso integra elettrodi aria perovskitici, elettroliti a base di ceria drogata, cermet e perovskiti exsolute per l’elettrodo fuel, formulazione di inchiostri, laser texturing, deposizione dei coating, caratterizzazione chimico-fisica, test elettrochimici e analisi GC dei prodotti.
Figura 1
Ciclo di produzione di e-fuels mediante co-riduzione di CO2 e vapore acqueo in celle a ossidi solidi
Risultati
Sviluppo di formulazioni innovative per l’elettrodo aria, basate su ferriti-cobaltiti a struttura perovskitica, con l’obiettivo di migliorarne la stabilità in ambiente ricco di CO-CO2.
Sviluppo di formulazioni innovative per l’elettrodo fuel basate su cermet bimetallici e perovskiti exsolute (NiFe/CGO e LSMN–CGO), con l’obiettivo di migliorare la reversibilità rispetto al Ni–YSZ e favorire la produzione di syngas arricchito in metano.
Realizzazione di pattern superficiali su strati elettrolitici mediante laser ablation, con l’obiettivo di ridurre la resistenza interfacciale elettrodo-elettrolita
Figura 2
Sintesi di polveri per elettrodo aria e materiali per elettrodo fuel ed elettrolita
RISULTATI
Test elettrochimici su celle di dimensione ridotta (button cells) per la verifica della stabilità e dell’efficienza funzionale verso le reazioni di riduzione di CO2 e H2O e di evoluzione dell’ossigeno
Figura 3
Test elettrochimici
Figura 4
Target di durabilità verificato su cella funzionalizzata
Degrado < 10% / 1000 h
Team di ricerca
Questa ricerca è svolta in collaborazione da tre Istituti del CNR: l’Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia (ICMATE), l’Istituto di Scienza, Tecnologia e Sostenibilità per lo Sviluppo dei Materiali Ceramici (ISSMC) e l’Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia (ITAE).
Il team comprende:
Angela Gondolini,
Elisa Mercadelli
Francesca Bagioni
Andrea Bartoletti (ISSMC)
Sabrina Presto
Sara Massardo (ICMATE)
Massimiliano Lo Faro
Sebastian Vecino
Sabrina Zignani (ITAE)
Inoltre, le tematiche affrontate in questa linea di attività sono sviluppate in collaborazione con Il Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica e Ambientale dell’Università di Genova.
In collaborazione con:
Documenti
Bagioni F, Mercadelli E, Bartoletti A, Pinasco P, Ardit M, Precisvalle N, et al. Synthesis strategies for BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ for the development of high-conducting solid oxide cell electrolyte. International Journal of Hydrogen Energy 2025;193:152384. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.152384.
Vecino-Mantilla S, Lo Faro M. Exsolved perovskites for reliable SOFCs fed with dry biogas. International Journal of Hydrogen Energy 2024;95:1151–7. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.326.
Matos De Oliveira F, Vecino-Mantilla S, Hafsi Z, Barp MV, D’Acapito F, Puri A, et al. Enhancing commercial SOFCs fed directly with ethanol through a modified manganite coating. Chemical Engineering Journal 2025;514:162981. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162981.
Vecino-Mantilla S, Squadrito G, Torazzi F, Sglavo VM, Lo Faro M. Innovative low-critical raw materials and medium-entropy perovskite for intermediate temperature solid oxide electrochemical cells. Ceramics International 2024;50:684–91. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.10.146.
Lo Faro M, Ometto FB, Zignani SC, Vecino-Mantilla S, Perez J, Ticianelli E. Exploring the use of bioethanol for high-temperature electrolysis of water. Electrochimica Acta 2023;466:143009. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.143009.
