Sintesi di catalizzatori supportati Au/Cu e studio della loro reattività per l'ossidazione selettiva del 5-idrossimetilfurfurale

Al giorno d’oggi i combustibili fossili come carbone, olio e gas naturale forniscono più del 75% dell’energia mondiale. Tuttavia, la crescente richiesta di queste fonti di energia non rinnovabili, si manifesta in un momento in cui le riserve naturali si stanno esaurendo; è stato infatti stimato che le riserve petrolifere di tutto il mondo possano essere sufficienti per fornire energia e produrre prodotti chimici per i prossimi quarant’anni. Per questo motivo la conversione delle biomasse per produrre energia e prodotti chimici sta diventando una valida alternativa per diversificare le fonti energetiche e ridurre il surriscaldamento globale. Le biomasse, infatti, oltre ad essere una fonte rinnovabile, generano minori emissioni di gas serra rispetto ai combustibili fossili, perché la CO2 rilasciata nei processi di utilizzo viene bilanciata da quella consumata nel processo di crescita delle biomasse stesse. Lo sfruttamento delle biomasse per la produzione di building blocks per la chimica suscita particolare interesse, poiché le molecole ottenute sono già parzialmente funzionalizzate; ciò significa che la sintesi di prodotti chimici specifici richiede un minor numero di stadi rispetto ai building blocks petroliferi, con conseguente diminuzione di prodotti di scarto e sottoprodotti. Un esempio di queste potenziali “molecole piattaforma” è il 5-idrossimetilfurfurale (HMF), un importante composto derivato dalla disidratazione di zuccheri, intermedio chiave per la sintesi di un’ampia varietà di prodotti chimici e combustibili alternativi, tra cui l’acido 2,5- furandicarbossilico (FDCA), che è stato identificato tra i dodici composti chimici più importanti degli ultimi anni. Per esempio, il FDCA è un possibile sostituto dell’acido tereftalico, usato per produrre il polietilentereftalato (PET). Recentemente alcuni autori hanno riportato interessanti risultati sull’ossidazione dell’HMF a FDCA utilizzando catalizzatori a base di Au supportato. Questi catalizzatori mostrano però significativi problemi di disattivazione. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quindi lo sviluppo di catalizzatori attivi e stabili nella reazione di ossidazione dell’HMF a FDCA. Il lavoro portato avanti ha avuto come obbiettivi principali: l’ottimizzazione della sintesi di nanoparticelle di oro e oro/rame a diverso rapporto molare, mediante un processo di sintesi, in acqua, a basso impatto ambientale. Tale metodo di sintesi si basa sull’azione riducente del sistema glucosio-NaOH ed è stato messo a punto in lavori di tesi precedenti. Le nanoparticelle sintetizzate sono state utilizzate, quali fase attiva, per la preparazione di catalizzatori supportati su TiO2 e CeO2 lo studio dell’attività catalitica e riusabilità dei catalizzatori preparati nell’ossidazione in fase liquida del HMF a FDCA.

Sviluppo di nuovi catalizzatori per la reazione di water gas shift a media temperatura

L’idrogeno è un elemento di elevato interesse economico, con una produzione industriale che supera i 55 x 1010 m3/anno e notevoli prospettive di sviluppo delle sue applicazioni. Attualmente l’idrogeno è prodotto principalmente in impianti di larga scala (circa 1000 m3/h) da combustibili fossili attraverso processi di steam reforming ed ossidazione parziale catalitica. Per aumentare la produzione di idrogeno un ruolo fondamentale è svolto dalla reazione di water gas shift (WGS) che abbatte il contenuto di CO, massimizzando la produzione di idrogeno. La reazione è condotta industrialmente in due stadi, operanti ad alta temperatura (HTS, circa 350 °C) e bassa temperatura (LTS, circa 250 °C), utilizzando rispettivamente catalizzatori a base di ferro o rame. Tuttavia, è evidente l’interesse per nuove formulazioni in grado di operare in un unico stadio a temperatura intermedia (MTS), mantenendo le caratteristiche ottimali di attività e stabilità. In questo lavoro di tesi, condotto in collaborazione con AIR LIQUIDE (F), è stato affrontato uno studio della reazione di WGS finalizzato allo sviluppo di nuove formulazioni attive e stabili nell’MTS. In particolare, sono stati sintetizzati precursori idrotalcitici Cu/Zn/Al (contenenti carbonati o silicati), con bassi contenuti di rame (diversamente da quanto riportato in letteratura), modulandone le proprietà chimico-fisiche, l’attività catalitica e la stabilità con il tempo di reazione. Si è osservato come i catalizzatori con minori contenuti di rame ed ottenuti da precursori contenenti carbonati mostrassero un’elevata attività e selettività nell’MTS, raggiungendo valori di conversione del CO analoghi a quelli all’equilibrio termodinamico già a 300 °C, indipendentemente dai valori del rapporto S/DG e del tempo di contatto. Tutti i catalizzatori mostrano un’elevata stabilità con il tempo di reazione, con incrementi del quantitativo del CO in uscita dopo 100h di circa lo 0,7 % v/v. I catalizzatori scaricati dopo le prove catalitiche evidenziano gli effetti dei processi di sinterizzazione (diminuzione dell’area superficiale ed incremento delle dimensioni dei cristalliti), la cui entità diminuisce al diminuire del contenuto di rame. Infine, confrontando l’attività dei migliori catalizzatori preparati in questo lavoro di tesi con quella di uno dei più utilizzati catalizzatori commerciali per la reazione di WGS a bassa temperatura, si sono osservati valori di attività analoghi, raggiungendo quelli di equilibrio per temperature  300°C, ma con una attività significativamente superiore nelle condizioni LTS, soprattutto considerando il valore del tempo di contatto inferiore a quelli comunemente utilizzati negli impianti industriali.

Villa Rasponi a Savignano. Progetto di tutela e valorizzazione di un bene culturale complesso tra architettura storica e paesaggi di Pietro Porcinai.

Oggetto della tesi di laurea è il recupero di Villa Rasponi a Savignano sul Rubicone, un bene storico complesso composto da elementi di varia natura: architettonici e vegetali, di differente pregio, dalla residenza settecentesca agli annessi agricoli di servizio, al parco. Le funzioni d’uso attuali rarefatte e strettamente comuni a quelle originarie, non sono più proponibili per poter garantire la sopravvivenza e la conservazione del complesso. Questo da un punto di vista puramente economico, per l’impegno in termini finanziari che un sito di tali dimensioni richiede, a livello gestionale e circostanziale. Come intervenire su un manufatto di questa natura, tutelandolo, riqualificandolo dal punto di vista architettonico e paesaggistico e, nello stesso tempo, reinserendolo in maniera attiva in un contesto urbano e territoriale dal quale negli anni si è progressivamente distaccato e isolato, chiudendosi nell’accezione di residenza privata? Il progetto, lavorando a vari livelli e confrontandosi con differenti campi disciplinari, dal restauro di un parco storico “firmato” da Pietro Porcinai, all’inserimento di nuovi elementi architettonici, all’analisi di fattibilità finanziaria, si pone principalmente due obiettivi: 1) da un lato intervenire materialmente sul manufatto restaurando gli edifici, anche attraverso la definizione di funzioni che ne permettano la sopravvivenza, e manutenendo il parco storico. In questo senso l’aspetto su cui si insiste maggiormente è il rispetto e la valorizzazione del complesso villa–parco–giardino-annessi come unicum, che assume pregio nella sua totalità e integrità; 2) dall’altro, tenuto conto delle dimensioni, dell’importanza storica, architettonica, culturale e paesaggistica del sito, il progetto intende estendere la sua valenza anche a un intorno in primo luogo locale e poi più ampio, diventando punto di riferimento e polo attrattivo, così come lo era stato nel passato, all’epoca nella quale in esso viveva la principessa Luisa Murat. Non ci si limita dunque a considerare il caso isolato, ma si tiene conto del fatto che la Villa Rasponi sorge all’interno di un contesto, quello della Romagna, di straordinaria ricchezza e molteplicità di espressioni artistiche, architettoniche, naturalistiche che costituiscono un patrimonio di valore, in gran parte scarsamente conosciuto e per nulla. Da qui l’idea di utilizzare una porzione di paesaggio come vetrina e contenitore di informazioni su tutta l’eredità culturale romagnola, legata ad un nuovo modo di intendere il luogo, come contesto che incarna la rete di significati all’interno dei quali le azioni degli uomini diventano fatti culturali. Il complesso della Villa Rasponi, per le sue connotazioni storiche, paesaggistiche, fisiche e posizionali, diventa la concretizzazione di tale idea. Dunque, una porzione di paesaggio che si fa strumento fisico e concettuale, di comunicazione, per trasmettere, valorizzare e promuovere il patrimonio naturale, architettonico e culturale di tutto il territorio in cui è inserito, diventandone icona e sintesi.