STIMOLA CURIOSITA’, PASSIONE E CORAGGIO
DIONS - Design of an Innovative Dual-ion conduction Solid Oxide Cell for the co-electrolysis of H2O and CO2 at intermediate temperatures
Abstract
Il progetto "DIONS" è in linea con il primo tema di ricerca del Bando in oggetto (WP 4.1.1 "Innovazione per le celle a combustibile e gli ossidi solidi), con le direttive PNRR 2021-2027, con il Green Deal europeo e con la strategia dell’Unione Europea per un'economia a zero emissioni di carbonio utilizzando l'H2 verde come vettore di energia. L' obiettivo principale del progetto è la valorizzazione dei flussi di CO2 non fossili attraverso la co-elettrolisi diretta di CO2 e vapor acqueo per ottenere prodotti a valore aggiunto, in particolare syngas, utilizzando celle elettrolitiche ad ossidi solidi ceramici (SOEC) con conduzione mista protonica e anionica. Infatti, implementare elettroliti a doppia conduzione ionica consentirebbe di ridurre l'elevata temperatura operativa (700-900 °C) delle celle di co-elettrolisi di CO2 e H2O tradizionali a ossidi solidi (SOEC) fino a 500-600 °C, consentendo il processo a temperatura intermedia. Ciò favorirebbe l'integrazione termica degli elettrolizzatori con i processi chimici a valle e consentirebbe di ridurre i costi di produzione del co-elettrolizzatore dovuti alla degradazione dei materiali .
Gli aspetti innovativi di questa tecnologia includono la separazione del vapore e della CO2 all'interno della cella, la pressurizzazione selettiva del comparto del syngas e la produzione di idrogeno secco. In particolare, il progetto esplorerà la modulazione della conduttività ionica dell'elettrolita sfruttando le due tipologie di conduzione via protoni o anioni ossigeno favorendo la sinergia tra processi elettrochimici (co-elettrolisi) e i termo-catalitici (reverse water gas shift reaction e metanazione) potenzialmente co-presenti all'elettrodo. La temperatura operativa inferiore richiede lo sviluppo di materiali più attivi e architetture di dispositivi specializzate. "DIONS" affronta questa sfida attraverso l'ottimizzazione e la progettazione di materiali elettroceramici, la caratterizzazione completa delle loro proprietà elettrochimiche, chimiche e catalitiche e l'implementazione su scala di laboratorio di una SOEC per la co-elettrolisi di CO2/H2O. Combinando il lavoro sperimentale sulle SOEC con un'analisi approfondita dei processi elettrochimici e chimici, il progetto mira ad avere un impatto significativo per lo sviluppo di tecnologie di valorizzazione della CO2.
ABSTRACT IN INGLESE:
“DIONS” project is in line with the first theme of research of this call (WP 4.1.1 “Innovation for Fuel Cells
and Solide Oxides), the PNRR 2021-2027 directives, and Europe's Green Deal and H2 EU strategy for a carbon -neutral economy, Its main goal is the valorisation of non fossil CO2 streams by direct co-electrolysis of CO2 and water to added value products, namely syngas, using Solid Oxide Electrolysis Cells (SOEC) with mixed protonic and anionic conduction. The double ionic conduction would decrease the high operating temperature (700-900 °C) of traditional solid oxide electrolysis cells (SOECs) up to 500-600 °C, allowing the co-electrolysis of H2O and CO2 at intermediate temperature. This helps the thermal integration with downstream chemical syntheses and the OPEX cost of co-electrolyser due to degradation of materials.
The novel aspects of this technology include the separation of steam and CO2 within the cell, the selective pressurization of the syngas compartment and the production of dry hydrogen. In particular, the project will explore the modulation of the mixed protonic-anionic electrolyte conductivity, opening new possibilities for combining co-electrolysis with the Reverse Water Gas Shift (RWGS) reaction, thereby advancing CO2 valorization efforts.
The lower operating temperature requires the development of more active materials and specialised device architectures. "DIONS" addresses this challenge through the optimization and design of electroceramic materials, the comprehensive characterization of their electrochemical, chemical and catalytic properties and by the implementation at laboratory scale of a SOEC for CO2/H2O co-electrolysis. By combining experimental work on SOECs and in-depth analysis of electrochemical/chemical processes, the project aims to have a significant impact on CO2 valorization technologies.
Partenariato
- Università degli Studi di Udine
Importo del progetto
Importo totale dell’intero progetto Euro 56.984,00
Durata
- Data avvio progetto 12 giugno 2024
- Data conclusione progetto 12 giugno 2025
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