Catalizzatori con prestazioni più efficienti e sostenibili grazie alla progettazione alla nanoscala

Il progetto politecnico SPECTROKIN è stato selezionato dal Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) come ERC Proof of Concept (PoC) grant 2020 e riceverà un finanziamento del valore di 150.000 euro.

SPECTROKIN (Operando-Spectroscopy Annular Reactor for Spectro-kinetic Analysis in Heterogeneous Catalysis), guidato dal prof. Matteo Maestri del Dipartimento di Energia, è la fase finale di un più grande progetto, SHAPE (Structure dependent microkinetic modeling of Heterogeneous cAtalytic ProcEsses), finanziato, sempre dalla Commissione europea, per 1 milione e mezzo di euro, e iniziato nel 2016 con l’obiettivo di sviluppare modelli microcinetici in grado di descrivere i cambiamenti della struttura di un catalizzatore in reazione. SHAPE ha aperto nuovi scenari per lo sviluppo di catalizzatori con prestazioni più efficienti e sostenibili per l’ambiente, grazie alla progettazione alla nanoscala del materiale catalitico, e sviluppato un prototipo di uno strumento innovativo per studiare le reazioni di catalisi in grado di fornire informazioni locali dettagliate sul comportamento del materiale catalitico nel reattore, sotto stretto controllo cinetico e condizioni quasi isoterme di funzionamento fino a 800 °C.

Oggi SPECTROKIN ha l’obiettivo di realizzare la fattibilità tecnico-commerciale del reattore anulare operando-Raman progettato e la sua integrazione con altre tecniche di caratterizzazione spettroscopica. I fondi ricevuti potranno essere investiti per individuare opportunità di business, preparare domande di brevetto e verificare come i risultati elaborati durante la ricerca possano trovare applicazione in innovazioni che portino beneficio all’industria e alla società.

Il Poli ha sviluppato un nuovo metodo per l’accelerazione di particelle

Acceleratori più piccoli, flessibili ed economici permetteranno di potenziare la ricerca fondamentale con ricadute importanti su molti campi di applicazione, dalle terapie per la cura dei tumori alla protezione dei beni culturali

Dopo cinque anni di lavoro, ENSURE, un progetto ERC H2020 finanziato dalla Commissione europea, ha raggiunto il suo principale obiettivo: controllare e ottimizzare una tecnica non convenzionale di accelerazione di particelle irraggiando materiali nanostrutturati dalle proprietà innovative con impulsi laser superintensi e ultrabrevi.

I fasci di particelle ad alta energia vengono utilizzati per la ricerca fondamentale ma hanno anche diversi campi di applicazione: ad esempio vengono usati nelle terapie per la cura dei tumori, in alcune tecniche di medicina diagnostica o nella produzione di semiconduttori, come anche nell’ambito dei beni culturali, ad esempio per determinare la composizione di un quadro grazie all’analisi delle proprietà dei materiali utilizzati per la sua realizzazione. Fasci di particelle ad alta energia si ottengono all’interno di acceleratori che, tradizionalmente, presentano alcuni limiti legati ai costi e alle dimensioni che queste strutture richiedono.

Il team di ricerca di ENSURE, guidato dal prof. Matteo Passoni (professore ordinario in Fisica Teorica della Materia al Dipartimento di Energia), ha sviluppato un nuovo metodo di accelerazione di particelle che sfrutta l’interazione tra un impulso laser di elevatissima potenza e brevissima durata (fino a 1020 W/cm2 in poche decine di femtosecondi) e un particolare tipo di nanoschiuma, ideata e sviluppata dal team, con la proprietà di avere una densità intermedia tra quella di un solido e quella di un gas (ve lo abbiamo raccontato nel numero 5 del MAP, che potete leggere in fondo alla pagina).

L’approccio indagato da Passoni consentirà di realizzare acceleratori più compatti e flessibili, con ridotti costi di costruzione e radioprotezione. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in nel paper “Integrated quantitative PIXE analysis and EDX spectroscopy using a laser-driven particle source” sulla rivista Science Advances.

Oltre ai risultati di ricerca, ENSURE ha permesso di creare al Politecnico di Milano due nuovi laboratori che ospitano strumentazione scientifica all’avanguardia per la produzione dei materiali non convenzionali necessari per la fabbricazione dei bersagli irraggiati.

La ricerca sul processo di accelerazione che abbiamo investigato, sia dal punto visto teorico sia sperimentale, ha dato esiti positivi. Abbiamo prodotto materiali con proprietà peculiari, come schiume di carbonio nanostrutturato a bassissima densità, che possono rendere più efficiente il processo di accelerazione e abbiamo dimostrato che si possono migliorare i risultati puntando oltre che sul laser, anche sui materiali irraggiati, una direzione tecnologicamente meno onerosa e complessa. Inoltre, abbiamo avviato la sperimentazione di alcune importanti applicazioni, con risultati promettenti”, sottolinea Matteo Passoni. “Nel corso degli anni, una decina di giovani ricercatori italiani ha avuto l’opportunità di lavorare con me al Politecnico e l’attività di ricerca ha portato a collaborazioni importanti con eccellenti realtà industriali, di ricerca e accademiche, in ambito nazionale ed internazionale”.

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Idrogeno verde per una società a emissioni zero

“Siamo molto contenti del percorso intrapreso dalla Commissione UE verso la decarbonizzazione della società europea. Questa trasformazione è, per noi, a portata di mano e richiede un’accelerazione degli investimenti nelle energie rinnovabili. L’idrogeno verde può davvero essere la risposta alla decarbonizzazione”. Così racconta Francesco Starace, Alumnus del Politecnico di Milano e AD di Enel, durante lo European Hydrogen Forum.

Il Forum è stato uno sei momenti più importanti della European Hydrogen Week dello scorso novembre, lanciata dalla Commissione europea e FCH JU per fare il punto sulle tecnologie dell’idrogeno e delle celle a combustibile, anche in occasione dell’adozione della European Hydrogen Strategy nel 2020. L’evento ha riunito i rappresentanti dell’industria, dei governi e della ricerca con l’obiettivo di discutere degli ultimi sviluppi nel settore dell’idrogeno verde.

Il Gruppo Enel prevede di accrescere la propria capacità di idrogeno verde a oltre 2 GW nel 2030. Lo sviluppo tecnologico per l’impiego di idrogeno verde, commenta Starace, è nella sua fase iniziale e “dobbiamo accelerarne il passo, oltre che studiarne l’evoluzione con attenzione, per evitare errori nell’allocazione del capitale e scommesse in soluzioni che devono essere testate prima di mettere in atto grandi investimenti”.

Fonte immagine testata: Matthew Henry