CCL CO2 Circle Lab - Politecnico di Torino
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CCL
CO2 Circle Lab
Descrizione
L’infrastruttura CCL promuove un’articolata
Carbonates
Concrete
Mineralization Bauxite Treatment
Conversion
Biological
Algae Cultivation varietà di innovative tecnologie per la cattura,
l’accumulo e l’utilizzo delle emissioni di diossido di
Chemical
Utilization Liquid Fuels
(CCU) Polymers
Urea
carbonio di origine antropica (Carbon Capture
Capture
Non-Conversion
Utilization and Storage - CCUS). CCL si focalizza
Desalination
Sequestration (CCS)
Enhanced Oil Recovery
quindi sullo sviluppo di processi biotecnologici,
elettrochimici e termochimici, basati su Fonti di
CO2 Enhanced Geothermal
Enhanced Coal Bed Methane
Energia Rinnovabili (FER), per la formazione di prodotti ad elevato valore aggiunto
da CO2, con una gestione sostenibile dei processi.Inoltre, CCL sviluppa processi
CCUS in forte integrazione con i sistemi di accumulo energetico: hubs dei sistemi
integrati FER-accumulo-CCUS (protocolli power-to-chemicals, P2C); hub tra le
principali reti energetiche (protocolli power-to-gas (P2G) e gas-to-power (G2P).
Contatti
Coordinatore: Fabrizio Pirri - Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)
Responsabile dell’infrastruttura per il Politecnico di Torino: Massimo Santarelli
E-mail: info.ccl@polito.it
Aree tematiche
■ Chimica verde / Cleantech – campi: (a) Chimica Verde; (b) Energia; (c)
Accumulo; (d) Biotecnologie; (e) Climate Change; (e) Smart e Resource
Efficiency
■ Automotive
■ Aerospazio
Dove
Environment Park, Systems and Synthetic Biology LAB, Via Livorno 60, Torino
Responsabile: Angela Re
Area di ricerca: Biotecnologia bianca: sviluppo di processi biotecnologici sostenibili
riposizionando l’elevata diversità e specificità con cui i sistemi biologici
naturalmente operano trasformazioni biochimiche a favore della trasformazione di
risorse rinnovabili comprendendo in esse flussi residuali delle attività produttive – tra
cui le emissioni di diossido di carbonio - e la stessa energia solare in prodotti
piattaforma che possano essere funzionalizzati, all’interno di processi produttivi
circolari, in composti chimici, combustibili o materiali complessi di interesse
commerciale in grado di rappresentare soluzioni innovative o alternative agli
equivalenti di derivazione fossile.
Cluster di Laboratori per lo Sviluppo Sostenibile (CLASS), Via Livorno 61, Torino
Responsabili: Massimo Santarelli, Davide Damosso
Area di ricerca: Processi “carbon capture” di recupero della CO2 (absorbimento in
liquidi ionici; separazione a membrana). Riduzione CO2 e H2O per idrogenazione
termo-catalitica. Produzione H2 per via elettrochimica (alta e bassa temperatura).
Produzione combustibili (processi power-to-fuels) e chemicals (processi power-to-
chemicals) sintetici da CO2. Tests materiali e processi per riduzione H2O/CO2 in
syngas tramite chemical looping. Riduzione foto-catalitica di CO2 e H2O.
Ultrafiltrazione e centrifugazione di materiali derivanti da processi di trattamento
biomasse.
Advanced Materials for Sustainable Future Technologies LABS, Via Livorno 60 e C.so
Duca degli Abruzzi 24, Torino
Responsabili: Angelica Chiodoni, Andrea Lamberti, Sergio Bocchini
Area di ricerca: l’attività di ricerca è principalmente finalizzata allo studio di
soluzioni sostenibili atte al recupero e alla valorizzazione della CO2, e allo
stoccaggio di energia attraverso sistemi operanti in differenti condizioni di
illuminazione, di temperatura e di atmosfera. In particolare:
■ lo sviluppo di sistemi per la cattura della CO2, che includono i liquidi ionici e
dendrimeri,
■ la conversione della CO2 a composti di alto valore aggiunto (ad es. combustibili,
prodotti chimici) attraverso processi catalitici di tipo foto/elettrochimico o
termico,
■ lo sviluppo di sistemi di conversione ed accumulo di energia quali i
supercondensatori
Tutte le soluzioni si basano sull'utilizzo di materiali a basso impatto ambientale e
facilmente scalabili per poter passare da uno studio di ricerca più fondamentale,
TRL(EU) 3-4, a una scala prototipale, TRL(EU) 5-6.
Energy Center Labs, Via Borsellino 38, Torino Responsabile: Romano Borchiellini Area di ricerca: Accumulo energetico in batterie (chiuse, semi-aperte, aperte). Simulatori di potenza (sia in produzione che in consumo). Riduzione H2O/CO2 in syngas tramite chemical looping in concentratore solare. Recupero geotermico a bassa entalpia per alimentazione processi biologici. Energia da fonte eolica. Solar Fuels Lab, Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia (DISAT), Corso Duca degli Abruzzi 24, Torino Responsabili: Nunzio Russo, Simelys Hernandez Area di ricerca: Riduzione fotocatalitica e foto/elettrocatalitica della CO2 con H2O e fonti di energia rinnovabile. LAM - Laboratorio Analisi Multimodali, Dipartimento di Ingegneria dell'Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture (DIATI), Corso Castelfidardo 51, Torino Responsabili: Paola Marini e Rossana Bellopede Area di ricerca: micro analisi dei materiali
Servizi
■ Cattura di CO2:
• Prove sui banchi di purificazione di gas industriali finalizzati al
recupero della CO2
• Design e ottimizzazione genetica di microorganismi per la cattura di
CO2
• Test per la valutazione dell'assorbimento di gas (ad es. azoto,
ossigeno, anidride carbonica) e vapori (ad es. acqua) in sistemi solidi
• Studio di filiere per la valorizzazione della CO2 nei settori cleantech.
• Studio di filiere di valorizzazione della biomassa nei settori clean-tech
■ Accumulo energetico:
• Prove sui banchi di valorizzazione di CO2e idrogeno per finalità di
accumulo energetico
• Test di convertitori, generatori o sistemi di storage tramite simulazione
real-time e power hardware in the loop
• Test avanzato di sistemi di accumulo elettrochimico (batterie chiuse,
semi-aperte, aperte)
• Design e caratterizzazione elettrica ed elettrochimica di materiali e
dispositivi per la conversione e stoccaggio di energia in diverse
condizioni di illuminamento, temperatura, pressione ed atmosfera
■ Analisi strategie energetiche:
• Analisi strategiche di scenari di processi clean-tech basati sulla
valorizzazione della CO2
■ Ri-utilizzo di CO2:
• Test di processi di trasformazione foto/elettro/termo catalitica della
CO2 in composti di interesse produttivo
• Partecipazione allo sviluppo di materiali innovativi nanostrutturati
(ossidi di metalli di transizione, metalli, materiali carboniosi, materiali
polimerici, materiali compositi) all'interno di modelli produttivi circolari
e sostenibili.
• Caratterizzazione di proprietà funzionali di materiali, anche in-situ
• Collaborazione per studi ab-initio e density functional theory (DFT).
• Modellazione multifisica per effettuare simulazioni in ambito di
ingegneria chimica e fluidodinamica per ottimizzare le condizioni
operative dei processi ideati.
• Partecipazione nello sviluppo e all'accelerazione di processi che utilizzano
mezzi batterici per la formazione di un prodotto commerciale o di consumo
migliorando le caratteristiche dei processi e/o prodotti in base alle richieste
formulate dal mercato attraverso: i) caratterizzazione biochimica e analisi
quantitativa della fisiologia dei batteri di interesse, ii) modellazione
metabolica dei batteri per il riposizionamento delle capacità enzimatiche
di batteri specifici a favore della trasformazione dei flussi di scarto in
prodotti di interesse, iii) quantificazione delle prestazioni dei bioprocessi
associate alla resa e alla produttività del composto di interesse, iv)
determinazione delle metodiche analitiche adatte alla quantificazione dei
bioprodotti per singolo caso, v) analisi econometrica della sostenibilità dei
processi tecnologici.
• Prove sui banchi di valorizzazione della CO2per produzione di synthetic
chemicals
• Prove sui banchi di valorizzazione della CO2 per la produzione di bio-
inspired chemicals
• Design e ottimizzazione genetica di microorganismi per la cattura e
valorizzazione di CO2 (Biotecnologie e Syn Bio)
• Design e ottimizzazione genetica di microorganismi per la conversione di
composti organici in prodotti ad alto valore aggiunto (Biotecnologie e Syn
Bio)
• Banchi di prova per validazione e implementazione di processi
microbiologici per la valorizzazione di CO2 e prodotti intermedi di
(bio)raffineria (Biotecnologie e Syn Bio)
• Prove sui banchi di upgrade di biogas a biometano, con recupero della
CO2
• Recupero energia geotermica a bassa entalpia per
conversione bio-chimica della CO2Attrezzature CATTURA DI CO2: ■ Banco per lo studio dell'assorbimento e del rilascio della CO2 in sistemi liquidi (HEL) ■ Banco di misura dell’assorbimento e del rilascio della CO2 per via gravimetrica (Surface Measurement System) in sistemi solidi ■ Banco di misura di permeazione di gas e vapori (e in particolare della CO2) in membrane, per via gravimetrica (Surface Measurement System) ■ Banco test recupero CO2 per assorbimento in liquidi ionici (sintesi e caratterizzazione) ■ Banco test recupero CO2 per absorbimentoin liquidi ionici (test) ■ Banco test recupero CO2 per separazione a membrana ■ Banchi per ultrafiltrazione e centrifugazione di materiali derivanti da processi di trattamento biomasse, per recupero materiali utili e recupero CO2 RIUTILIZZO DI CO2: ■ Coltivazione foto-trofica modulare e di alta precisione di batteri: FMT 150; Multi-cultivator MC 1000-OD; ■ Analitica: UltiMate 3000 SD HPLC; 490 micro GC system ■ Coltivazione anaerobica: Whitley A85TG stazione anaerobica a tre ingressi gassosi; sistema di reattori (volume geometrica 0.5-1 L) Stirred Tank in pressione (fino a 10 bar) per coltivazione di batteri anaerobici alimentati con miscele gassose di proporzioni variabili di N2, CO2, H2, e CO. ■ Banco di prova elettrochimico della riduzione foto/elettro attivata della CO2, con controllo di flussi gassosi e/o liquidi in ingresso e successiva separazione e raccolta dei prodotti liquidi e gassosi, per analisi della loro composizione chimica ■ Banco di prova della riduzione termo attivata della CO2, con controllo di flussi gassosi e/o liquidi in ingresso e successiva separazione e raccolta dei prodotti liquidi e gassosi, per analisi della loro composizione chimica
■ Banchi riduzione CO2 e H2O per idrogenazione
termo-catalitica
■ Banchi per produzione H2 per via elettrochimica
(alta e bassa temperatura) da utilizzare per
idrogenazione CO2
■ Banchi per processi termo-catalitici per
produzione combustibili (processi power-to-fuels)
e chemicals (processi power-to-chemicals)
sintetici da CO2
■ Banchi per tests materiali e processi per riduzione
H2O/CO2 in syngas tramite chemical looping
■ Banco concentrazione solare per riduzione diretta H2O/CO2 in syngas
tramite chemical looping
■ Banchi per riduzione foto-catalitica di CO2 e H2O.
ACCUMULO ENERGETICO:
■ Caratterizzazioni elettriche ed elettrochimiche di materiali e dispositivi di
energy conversion and storage in differenti condizioni di illuminazione,
temperatura, pressione ed atmosfera. Il laboratorio contiene in dettaglio la
seguente strumentazione:
• Potenziostato/Galvanostato Metrohm Autolab PGSTAT128 - per
svolgere misure elettrochimiche di materiali e dispositivi in
configurazione a 2 o 3 elettrodi (voltammetria ciclica,
cronoamperometria, spettroscopia elettrochimica di impedenza)
• Arbin Instrument Testing System model BT-2000 - sistema di ciclazione di
dispositivi di energy storage quali batterie e supercondensatori
• IPCE: Lampada 100-W QTH (Newport) e monocromatore150-mm
Czerny Turner (Omni-l 150, Lot-Oriel) - per effettuare misure di efficienza
quantica di celle solari, ossia valutare il numero di coppie elettrone-
lacuna generate per singolo fotone incidente.
• Sun Simulator Classe A, 91195A, Newport - per irraggiare celle solari o
reattori elettrochimici con uno spettro di radiazione elettromagnetica
pari a quella solare in condizioni AM 1.5 e potenza incidente variabile
da 100 a 1000 W/m2
• Keithley 2440 source measure unit – per misurare caratteristiche
corrente/tensione di materiali, film sottili e dispositivi
• UV-Lamp (Newport) – per irraggiare dispositivi o reattori con uno
spettro UV prodotto da una sorgente a vapori di mercurio
• Probe station - per effettuare misure elettriche ed elettrochimiche
utilizzando delle sonde conduttive (probe) di dimensione micrometrica• Glove box in condizioni di atmosfera controllata (in azoto) – per consentire
l’assemblaggio e la caratterizzazione elettrica ed elettrochimica di materiali
e dispositivi in atmosfera inerte.
• Forno a convezione - per consentire la caratterizzazione elettrica ed
elettrochimica di materiali e dispositivi in temperatura nel range tra i 20 e i
300°C.
• Ciclatore per batterie (celle, moduli) chiuse, semi-aperte, aperte
• ARC (Accelerated Rate Calorimeter) per tests di abuso batterie (celle,
moduli)
• Simulatori di carico (sia in produzione che in consumo).
• Banchi di tests in campo di energia da fonte eolica.
• Banco di recupero geotermico a bassa entalpia per alimentazione processi
biologici e alimentazione pompe di calore
SINTESI MATERIALI:
■ Sistemi di sintesi alle microonde (STARTSYNTH MILESTONE e flexiWAVE
MILESTONE): sintesi di nanostrutture per via idro-solvotermale, equipaggiato
con reattori ad alta pressione (100 bar) con controllo di temperatura (max
230°C) e pressione
■ Reattore di Paar: sintesi di nanostrutture per via idro-solvotermale Forno
tubolare e muffole (CARBOLITE, NABERTHERM, HERAEUS) per trattamenti
termici e crescita chemical vapor deposition (CVD)
■ Sistema per la deposizione di film sottili di materiale semiconduttori, isolanti,
conduttori. Completo di 2 camere di processo (una per materiali isolanti ed
una dedicata a materiali conduttori e semiconduttori). Fornito di precamera
per caricamento (KENOSISTEC)
■ Atomic layer deposition (ALD, BENEK)
■ Sistema di miscelazione planetario di sistemi ad alta viscosità (ARE 310,
THINKY)
■ Sistema di macinazione di tipo ball milling ad alta energia (Pulverisette 7,
FRITSCH)
■ Sonicatore a immersione (BRANSON)
■ Banchi per sintesi chimica inorganica e organica in atmosfera controllata
■ Tecnologie di estrazione di solvente: Freeze dryer (5 PASCAL) e CO2
supercritica (APPLIED SEWPARSATION)
■ Grafitizzazione da laser di superfici polimeriche
■ Sistema di deposIzione di strati sottili mediante evaporatore e-beam (ULVAC)
■ Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD-ELETTRORAVA)
■ Grefene single layer da crescita chemical vapor deposition (CVD,
Moorefiled)
■ Banchi per la crescita di materiali per via elettrochimicaCARATTERIZZAZIONI MATERIALI:
■ Caratterizzazione morfologico-strutturale:
• microscopia elettronica a scansione (FESEM - ZEISS Auriga, Merlin,
Supra 40, FEI QUANTA 3D), anche con rivelatore di raggi X (EDX,
OXFORD)
• microscopia e processing a fascio ionico (ioni gallio, FIB - ZEISS Auriga)
• microscopia elettronica in trasmissione (TEM, FEI TECNAI F20ST e SPIRIT),
anche con rivelatore di raggi X (EDX, EDAX) e STEM-HAADF
• cella elettrochimica per microscopia TEM in-situ (PROTOCHIPS
POSEIDON): microscopia elettronica in trasmissione e contemporanea
caratterizzazione elettrochimica a singola camera e tre elettrodi,
completa di potenziostato dedicato
• cella in liquido per microscopia TEM in-situ (PROTOCHIPS POSEIDON):
microscopia elettronica in trasmissione in liquido, fino a 100°C
• cella riscaldante per microscopia TEM in-situ (PROTOCHIPS FUSION):
microscopia elettronica in trasmissione e contemporaneo trattamento
termico in vuoto fino a 1100°C
• cella per misure elettriche per microscopia TEM in-situ (PROTOCHIPS
FUSION): microscopia elettronica in trasmissione e contemporanea
caratterizzazione elettrica a quattro contatti, completa di multimetro
dedicato
• cella per misure termoelettriche per microscopia TEM in-situ
(PROTOCHIPS FUSION): microscopia elettronica in trasmissione e
contemporanea caratterizzazione termoelettrica a due contatti fino a
900°C
• spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS, PHI VERSA PROBE 5000
con sorgente monocromatica Al Kalfa 1486.6 eV) per la misura della
composizione chimica di superficie
• diffrattometro a raggi X (MDPRO Panalytical) con cella riscaldante fino
a 900 °C, in aria, ossigeno o vuoto per la determinazione delle fasi
cristalline
• sistema di misura della diffusione dinamica della luce (DLS, VASCO,
PARTICULATE SYSTEM) per determinare il profilo della distribuzione di
piccole particelle in sospensione o polimeri in soluzione
• spettroscopia Raman (IN VIA, RENISHAW) per ottenere informazione di
tipo composizionale
• microscopia in fluorescenza (microscopio diritto, Eclipse Ni, NIKON)
• microscopia a forza atomica, anche con possibilità di mappe
termiche e con possibilità di contemporanea spettroscopia Raman
(AFM, BRUCKER)■ Caratterizzazione chimico-fisica:
• calorimetria differenziale a scansione (DSC 204 F1 Phoenix, NETZSCH)
per studiare le proprietà termiche e le variazioni di fase
• analisi termogravimetrica (TGA 209 F1 Libra, NETZSCH) per misurare la
stabilità termica e la combustione
• spettroscopia IR con sistema a riflettanza totale e tool per analisi fumi
TGA (Tensor II, BRUCKER) per studiare
• spettroscopia UV-VIS con sfera integratrice per misure a norma
(LAMBDA 650S, PERKIN ELMER)
• sistema di misura dell’area superficiale BET (QUATACROME);
• REOMETRO (ANTON PAAR)
• viscosimetro (CANNON FRENSKE)
■ Caratterizzazione elettrochimica e catalitica:
• banchi per misure elettrochimiche (spettroscopia di impedenza,
voltammetria ciclica, cronoamperometria, linear sweep voltammetry)
(potenziostati singolo o multicanale BIOLOGIC, AUTOLAB e CHI
INSTRUMENT)
• rotating ring disk electrode (RRDE-3A, ALS)
• high performance liquid chromatography; micro gas chromatography
(HPLC, PERKIN ELMER)
• Gas chromatography mass spectrometry (GC-MS, PERKIN ELMER)
■ Caratterizzazione elettrica:
• sistema per la misura delle proprietà elettriche di materiali
semiconduttori sfruttando il fenomeno dell'effetto Hall, completo di
Vacuum Accessory Pack (MMR)
• banco di misure elettriche in DC e AC
■ Analitica di caratterizzazione materiali: diffrattometro
■ Analitica di caratterizzazione materiali: micro-Raman
CARATTERIZZAZIONI MATERIALI:
■ Cluster di calcolo per analisi strategiche di scenari di processi clean-tech
basati sulla valorizzazione della CO2Modalità di accesso Utilizzo da parte di utenti esterni assistito da personale tecnico interno Verrà predisposto un sito web dell’infrastruttura per garantire evidenza esterna ai servizi offerti. Nel sito sarà reso disponibile un apposito documento per la richiesta dei servizi, che dovrà essere compilato dal richiedente. La richiesta verrà esaminata da un comitato di valutazione. Una volta approvata, il richiedente verrà messo a conoscenza delle norme e delle regole di sicurezza all’interno dell’infrastruttura, cui seguirà eventuale formazione (ove richiesta) al primo accesso (o, se necessario, preventivamente). Ciascun laboratorio della rete del CO2 Circle Lab sarà caratterizzato da un proprio tariffario calcolato su base oraria.
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