Screening of Ni-Al catalytic systems for CO2 methanation

The coming years are expected to be marked by an energy transition that will gradually take renewable energies to be dominant in the future energy scenario. In this context, Power to Gas constitutes an attractive solution to combine the reduction of CO2 emissions with the need for energy storage deriving from the implementation of renewable energies. To make it feasible, proper technologies are required. In this work, after an overview of the latest developments in the field of Power to Gas, the focus has been set on Ni-Al catalytic systems for CO2 methanation. Two catalysts samples at equal metal loading of 25 wt.% have been prepared by dry impregnation (25Ni/Al) and co-precipitation (NiAl0.3). Their activity was then compared to the one of a commercial catalyst (25ENEA), taken as reference. After that, the analysis focused on the effect of nickel content on the performance of a set of catalysts prepared by co-precipitation (NiAl0.6, NiAl1.16, NiAl2.6 and NiAl6.95). Besides the activity tests, the characterization of the samples was carried out by means of BET, BJH, XRD and TPR analysis. Finally, a kinetic study was performed. First, the apparent activation energies of the catalysts were evaluated and compared. Then, a more detailed kinetic model, previously proposed in literature, was studied and tested on a selected sample.

Nel contesto sempre più concreto di una futura transizione energetica, la tecnologia del Power to Gas permetterebbe di combinare la riduzione delle emissioni di CO2 con la necessità di fornire sistemi efficienti di stoccaggio dell’energia. Per rendere questo processo fattibile e competitivo, sono richieste tecnologie avanzate sotto diversi aspetti. Dopo aver esposto un quadro d’insieme dei sistemi attualmente disponibili su diversa scala, questo lavoro è rivolto in particolare allo studio di catalizzatori a base di Ni-Al per la metanazione di CO2. A questo fine, sono stati inizialmente preparati due campioni a pari carico di nichel (25 wt.%), utilizzando diversi metodi di preparazione: impregnazione e co-precipitazione. I catalizzatori così ottenuti, 25Ni/Al e NiAl0.3 sono stati quindi testati e confrontati con un campione commerciale, 25ENEA. La parte successiva dell’analisi sperimentale è stata focalizzata sull’effetto del carico di nichel sull’attività di catalizzatori co-precipitati appositamente preparati (NiAl0.6, NiAl1.16, NiAl2.6 e NiAl6.95). Parallelamente ai test di attività, sono state effettuate e discusse analisi di caratterizzazione, in particolare BET, BJH, XRD e TPR. Infine, è stato condotto uno studio cinetico per ricavare le energie di attivazione relative ai diversi catalizzatori. Su un campione selezionato (NiAl1.16), è stato inoltre studiato e testato un modello cinetico proposto in letteratura, in grado di riprodurre adeguatamente i risultati sperimentali.