Nell’ambito del progetto nazionale PNRR Ricerca e Sviluppo sull’Idrogeno 2022–2025 – Piano Operativo della Ricerca sull’Idrogeno (POR H₂), ENEA sta conducendo un’intensa attività di ricerca finalizzata a sviluppare membrane selettive all’idrogeno ad alte prestazioni e ad elevata durabilità, supportate su matrici metalliche porose, da integrare in reattori termochimici per la conversione dei combustibili/biocombustibili in idrogeno a medie-alte temperature (<600°C). L’obiettivo dell’attività è rendere disponibili nuove tipologie di membrane, alternative a quelle attuali basate su matrici ceramiche, che possano facilmente integrarsi con le parti metalliche dei reattori, riducendo il rischio di infragilimento da stress termici e meccanici.

A questo scopo, i ricercatori del Centro Ricerche di Portici si stanno occupando dello sviluppo di trattamenti superficiali e di processi per realizzare i diversi strati che compongono la membrana per la separazione dell’idrogeno. Nello specifico, al fine di rendere il supporto metallico poroso idoneo alla realizzazione dello strato attivo della membrana, costituito da leghe palladio-argento, sono in fase di messa a punto trattamenti superficiali del supporto e processi di tipo sol-gel e sputtering per la deposizione di strati di adattamento e barriera tra il supporto e lo strato attivo della membrana. Inoltre, sono stati sviluppati processi di sputtering e di evaporazione e-beam per realizzare lo strato attivo della membrana di Pd e leghe PdAg. Infine, sono in fase di sviluppo processi per realizzare strati in grado di proteggere lo strato attivo della membrana degli agenti inquinanti prodotti dai processi di reazione nei reattori.

Per testare il comportamento dei diversi strati che compongono la membrana nelle reali condizioni operative, è stato progettato e recentemente realizzato presso il C.R. ENEA di Portici un dispositivo per simulare le condizioni operative (gradienti termici, pressioni, reagenti, prodotti di reazione, catalizzatori ed eventuali impurità) di una membrana in reattori per la produzione di H₂.

Figura 1 – Meccanismo di funzionamento della membrana selettiva all’idrogeno e schema concettuale della struttura multistrato