Preparazione e caratterizzazione di biochar da pula di riso per lo stoccaggio di idrogeno allo stato solido

Nella seguente tesi viene trattato un argomento molto attuale e ancora poco studiato per applicazioni su larga scala. I materiali a base di Carbonio sono molto promettenti nello stoccaggio dell’energia che nel caso in esame proviene dall’idrogeno. La pula del riso è un materiale di scarto che può essere un ottimo “biocontenitore” di energia totalmente rinnovabile e con un costo irrisorio. I trattamenti effettuati alla pula del riso sono processi termochimici che prevedono una pirolisi in ambiente inerte mediante una rampa di riscaldamento a partire da temperatura ambiente con un aumento di 10 °C/min successivamente il campione è rimasto a 950 °C per circa 10 ore. Successivamente il materiale viene attivato chimicamente con il KOH in diverse proporzioni, 2:1 e 6:1 (KOH:Pula). Il campione viene macinato con KOH in un mortaio di agata e poi trattato termicamente a 200 °C e a 800 °C. Infine il campione è stato lavato con HCl ed essiccato in stufa per una notte. Il campione è stato sottoposto a diverse misure in laboratorio, la DSC eseguita sulla pula tal quale fino alla temperatura di 350 °C presenta dei picchi endotermici per il rilascio di acqua e decomposizione. Per la pula trattata sia in forno che chimicamente non vi sono picchi quindi non vi sono reazioni di degradazione. Nella TGA la riduzione di massa è formata da 4 zone che sommate indicano una riduzione di massa complessiva di 83.94 %. La misura è stata effettuata in atmosfera inerte e fino alla temperatura di 950 °C. Dai grafici dei Raggi X emerge che tutti campioni analizzati sono amorfi. Invece dalla Spettroscopia infrarossa nella pula tal quale vi sono molti gruppi funzionali a diverse bande, a partire da 3300 cm-1 fino a 850 cm-1. Nella pula trattata in forno invece non vi sono gruppi funzionali perché rimane solo il carbonio amorfo. Non vi è la presenza di bande nemmeno nella pula trattata chimicamente. Dalle immagini SEM si osservano le diverse superfici del materiale e si nota che dopo l’attivazione termochimica vi è la comparsa di una superficie altamente porosa, l’aspetto visivo è confermato anche dalla misura B.E.T. che fornisce risultati di area superficiale esterna molto promettente. L’area superficiale del campione di pula attivato con KOH 2:1 risulta essere di circa 1508 m2/g, il campione attivato con KOH 6:1 ha un’area superficiale di 1819 m2/g. Dalla misura di adsorbimento con la PCT i valori ottenuti sono molto positivi perché ad una pressione di circa 10 bar si ha un adsorbimento di H2 pari a 3.5 % in peso per il campione attivato con KOH 6:1 e 2.4 % in peso per il campione attivato con KOH 2:1. Le diverse cinetiche riportate mostrano che il materiale adsorbe la maggior parte dell’idrogeno in meno di 30 secondi.