Materiali per l’economia dell’idrogeno

MBN ha sviluppato leghe avanzate di idruri metallici a base di magnesio e compositi nanostrutturati per lo stoccaggio dell’idrogeno utilizzando il suo processo proprietario di macinazione ad alta energia Mechanomade®, superando con successo le significative sfide di lavorazione associate al magnesio altamente reattivo e duttile.

I materiali di stoccaggio dell’idrogeno a base di magnesio sono sintetizzati direttamente in forma di polvere con una struttura granulare nanocristallina affinata (dimensione dei grani <100 nm) che accelera notevolmente la cinetica di diffusione dell’idrogeno lungo il reticolo dei bordi di grano. Gli additivi catalitici su scala nanometrica (Nb₂O₅, TiO₂, V₂O₅) vengono dispersi in modo omogeneo durante il processo di macinazione, favorendo l’efficiente dissociazione della molecola di H₂ in idrogeno atomico sulla superficie della polvere, essendo questa una delle fasi limitanti della velocità di assorbimento dell’idrogeno.

Questa strategia di potenziamento catalitico migliora significativamente: 
la Capacità di stoccaggio gravimetrico dell’idrogeno (fino al 7% in peso di H₂) 
la Cinetica di assorbimento/desorbimento dell’idrogeno (velocità di ciclo elevate)
la Riduzione della temperatura di esercizio (150-300 °C rispetto ai 350+ °C del Mg puro) 
la Riduzione al minimo del tempo di attivazione (primo ciclo di idrogenazione) 
la Stabilità ai cicli di utilizzo (assorbimento/rilascio reversibile dell’idrogeno)

Il magnesio nanostrutturato di MBN consente uno stoccaggio dell’idrogeno allo stato solido sicuro, sistemi di serbatoi leggeri e una densità energetica più efficiente rispetto all’idrogeno compresso o liquefatto, supportando le infrastrutture energetiche pulite di nuova generazione con celle a combustibile a idrogeno, lo stoccaggio di energia rinnovabile e contribuendo allaccelerazione nell’adozione dell’idrogeno come vettore energetico sostenibile per la decarbonizzazione.

COMPOSIZIONE
Sistemi di leghe Mg, Mg-Ni, Mg-Fe, Mg-Ti

PROPRIETÀ
Capacità di idrogeno 5-7% in peso (reversibile)
Pressione di esercizio 1-10 bar H₂
Temperatura di esercizio 150-300 °C
Cinetica di assorbimento <5 min per l’80% della capacità (formulazioni ottimizzate)
Cinetica di desorbimento <10 min a 250 °C
Ciclability provata >1000 cicli di assorbimento/desorbimento
Dimensione delle particelle 10-100 µm (specifico per l’applicazione)
Carico catalitico 1-5% in peso di ossidi di metalli di transizione

Servizi di sviluppo: progettazione personalizzata della composizione della lega, ottimizzazione della cinetica, screening del catalizzatore, test di stabilità ciclica, supporto all’integrazione nel serbatoio.

Leghe per lo stoccaggio reversibile dell’idrogeno

Il processo sviluppato da MBN è adatto alla produzione di polveri avanzate di idruri intermetallici per sistemi di stoccaggio dell’idrogeno allo stato solido, comprese le famiglie di leghe di tipo AB₅, AB₂ e AB. Questi materiali per lo stoccaggio dell’idrogeno sono progettati utilizzando un processo di alligazione meccanica, che consente la sintesi di sistemi intermetallici multicomponenti complessi con un controllo preciso della composizione e una morfologia nanostrutturata.

La flessibilità della lavorazione allo stato solido consente sia la sostituzione del sito A (elementi delle terre rare o alcalino-terrosi) che la sostituzione del sito B (metalli di transizione) all’interno del reticolo cristallografico, consentendo la creazione di leghe ottimizzate per lo stoccaggio dell’idrogeno che vanno oltre le composizioni binarie convenzionali. Questa capacità di regolazione della composizione consente l’ottimizzazione delle proprietà critiche di stoccaggio:

• Capacità di stoccaggio dell’idrogeno (percentuale in peso e densità volumetrica)

• Pressione di equilibrio (in condizioni operative corrispondenti)

• Temperature di assorbimento/desorbimento (da temperatura ambiente a 100 °C)

• Stabilità ciclica e resistenza al degrado (>10.000 cicli)

• Comportamento di attivazione (requisiti iniziali di idrogenazione)

La struttura granulare nanocristallina ottenuta mediante macinazione ad alta energia (dimensione dei grani 20-100 nm) migliora significativamente la cinetica di diffusione dell’idrogeno attraverso le reti dei bordi dei grani, migliorando l’ assorbimento dell’idrogeno e la cinetica di desorbimento rispetto alle leghe tradizionali ottenute tramite metodi fusori.

Inoltre, la dispersione in situ di nano-ossidi catalitici (catalizzatori TiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅) durante la lavorazione favorisce l’efficiente dissociazione delle molecole di H₂ in idrogeno atomico sulla superficie della lega, aumentando ulteriormente la cinetica di reazione, l’efficienza di stoccaggio e le prestazioni a bassa temperatura.

Le polveri di idruri metallici possono essere utilizzate per applicazioni di stoccaggio stazionario dell’idrogeno (buffering di energia rinnovabile, alimentazione di riserva), sistemi mobili a idrogeno (veicoli a celle a combustibile, applicazioni marittime) e soluzioni di alimentazione portatili di nicchia, offrendo una tecnologia di stoccaggio dell’idrogeno sicura, compatta e completamente reversibile che funziona a temperature vicine a quelle ambientali e pressioni moderate (1-30 bar).

MBN fornisce servizi di sviluppo di leghe di idruri metallici personalizzate per soddisfare specifici requisiti di pressione-temperatura, obiettivi di capacità, specifiche cinetiche e vincoli di integrazione del sistema.

PROPRIETÀ

Leghe di tipo AB₅ (a base di LaNi₅)
Capacità di idrogeno 1,3-1,5% in peso (reversibile)
Pressione di plateau 2-10 bar a 25 °C
Temperatura di esercizio 0-80 °C 

Leghe di tipo AB₂ (a base di TiV₂, fase di Laves)
Capacità di idrogeno 1,8-2,2% in peso
Pressione di plateau 5-50 bar a 25 °C (regolabile)
Temperatura di esercizio 20-100 °C

Leghe di tipo AB (a base di FeTi)
Capacità di idrogeno 1,5-1,9% in peso
Pressione di plateau 5-20 bar a 25-50 °C
Temperatura di esercizio 20-80 °C

Caratteristiche della polvere
Dimensione delle particelle 10-150 µm (ottimizzata per l’applicazione)
Dimensione dei grani 20-100 nm (nanocristallina)
Carico catalitico 0,5-3% in peso (opzionale)
Condizioni di consegna Attivato o come sintetizzato