{{{sourceTextContent.title}}}

Soluzioni di analisi dei gas basate sulla tecnologia NDIR di Cubic per il monitoraggio accurato e in tempo reale dei processi CO2RR

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

In che modo Gasboard-3100P soddisfa i requisiti di analisi dei gas in tempo reale e multicomponente per l'applicazione CO2RR

{{{sourceTextContent.description}}}

CO2RR: un nuovo percorso nell’utilizzo del carbonio

L’utilizzo del carbonio si sta affermando come la prossima frontiera della decarbonizzazione. Anziché considerare l’anidride carbonica esclusivamente come un’emissione da ridurre, le industrie stanno esplorando sempre più spesso modi per trasformare la CO₂ catturata in combustibili e sostanze chimiche di valore. Sostenuto dai progressi nelle tecnologie relative all’energia elettrica da fonti rinnovabili, alla catalisi e alla cattura del carbonio, l’utilizzo del carbonio si sta evolvendo da oggetto di ricerca a percorso pratico che affronta contemporaneamente il problema delle emissioni di gas serra e genera materie prime utili a livello industriale per la costruzione di un’economia circolare del carbonio.

In questo contesto, la riduzione elettrochimica della CO₂ (CO₂RR) rappresenta uno dei percorsi perseguiti con maggiore impegno. Il processo utilizza energia elettrica per guidare la riduzione della CO₂ sulla superficie di un catalizzatore, convertendola in sostanze chimiche e combustibili di valore (tra cui monossido di carbonio, metano, etilene, formiato e metanolo) che fungono da materie prime per la produzione industriale o da vettori di energia pulita. Diverse iniziative industriali e di startup stanno attualmente gestendo sistemi di CO2RR su scala pilota, con un’implementazione commerciale prevista nei prossimi anni. Man mano che questa transizione accelera, cresce la domanda di tecnologie analitiche in grado di monitorare con precisione i reagenti, i prodotti e l’efficienza del processo durante l’intera reazione.

Analisi dei gas nella CO2RR: un requisito impegnativo ma essenziale

Uno dei requisiti più critici della riduzione elettrochimica della CO₂ è un’analisi dei gas accurata e tempestiva. Durante l’elettrolisi, la CO₂ viene consumata continuamente mentre vengono generati simultaneamente molteplici prodotti gassosi. La composizione del flusso gassoso può variare rapidamente in base all’attività del catalizzatore, alle condizioni operative e al tempo di reazione, rendendo indispensabile un’analisi affidabile dei gas per valutare le prestazioni del catalizzatore, ottimizzare le condizioni di reazione e supportare il potenziamento del processo.

Tuttavia, ottenere dati completi e in tempo reale sulla composizione dei gas durante l’intero processo CO2RR rimane tecnicamente impegnativo. I metodi analitici convenzionali, come la gascromatografia (GC), forniscono un’analisi accurata della composizione ma si basano tipicamente su campionamenti periodici e misurazioni offline. Il conseguente ritardo tra la reazione e l’analisi rende difficile cogliere i cambiamenti dinamici e accelerare l’ottimizzazione del catalizzatore.

Queste sfide sono presenti in tutto il flusso di lavoro della CO2RR, dal mantenimento di condizioni stabili dei reagenti all’analisi dei prodotti di reazione e al monitoraggio dei cambiamenti dinamici del processo:
• Garantire condizioni costanti di alimentazione della CO₂: una valutazione affidabile della CO2RR richiede condizioni di alimentazione della CO₂ stabili e costanti. Il monitoraggio continuo della concentrazione di CO₂ in ingresso aiuta a verificare le condizioni di alimentazione, a migliorare la coerenza sperimentale e a fornire dati affidabili sulla composizione del gas per la valutazione della conversione della CO₂ e l’analisi del bilancio del carbonio. Anche piccole variazioni nelle condizioni di alimentazione possono influire sulla valutazione delle prestazioni del catalizzatore e sulla comparabilità dei risultati sperimentali.
• Analisi completa del gas in uscita: il flusso di gas in uscita dal CO2RR può contenere diversi componenti gassosi, tra cui CO, H₂, CH₄, C₂H₄ e CO₂ residua, a seconda dei materiali catalitici e delle condizioni operative. La misurazione simultanea di più componenti è essenziale per valutare con precisione le prestazioni del catalizzatore, la distribuzione dei prodotti e l’efficienza della reazione.
• Monitoraggio in tempo reale delle prestazioni di reazione: durante la selezione dei catalizzatori e l’ottimizzazione del processo, la composizione del gas può variare nel corso dell’elettrolisi man mano che il comportamento del catalizzatore e le condizioni operative evolvono. Il campionamento periodico fornisce solo istantanee limitate del comportamento della reazione e può trascurare cambiamenti transitori nella distribuzione dei prodotti. Il monitoraggio in tempo reale della composizione del gas consente ai ricercatori di seguire l’andamento della reazione, confrontare le condizioni operative e ottimizzare i parametri di reazione in modo più efficiente.

Un analizzatore di gas impiegato nella CO2RR deve quindi essere in grado di misurare più componenti contemporaneamente, con precisione e velocità di risposta sufficienti a supportare sia il controllo del processo che la valutazione del catalizzatore.

Analizzatore portatile a infrarossi per syngas Gasboard-3100P: una soluzione avanzata per l’analisi in tempo reale di gas multicomponente nella CO2RR

Per rispondere all’esigenza di un’analisi precisa e in tempo reale dei gas multicomponenti nell’applicazione CO2RR, Cubic Instruments, produttore leader di sensori e analizzatori di gas, offre il Gasboard-3100P, un analizzatore portatile a infrarossi per gas di sintesi approvato dal PCT, basato su tecnologie brevettate a infrarossi non dispersivi (NDIR) e di rilevamento della conduttività termica (TCD), combinate con la tecnologia di rilevamento elettrochimico (ECD) per un’analisi completa dei gas.

Nello specifico, il Gasboard-3100P utilizza la tecnologia NDIR per misurare CO, CO₂, CH₄ e C₂H₄, sfruttando le caratteristiche distintive di assorbimento infrarosso di ciascun gas per ottenere misurazioni selettive e accurate anche in flussi gassosi complessi e multicomponenti. Per un rilevamento accurato dell’H₂, viene impiegata la tecnologia TCD con correzione intelligente della sensibilità incrociata per compensare le interferenze da CO, CO₂ e CH₄. Inoltre, l’O₂ viene misurato sulla base della tecnologia ECD, consentendo il rilevamento di impurità di ossigeno che altrimenti potrebbero interferire con la reazione di riduzione. Grazie all’integrazione di queste tecnologie di rilevamento complementari, Gasboard-3100P offre la capacità di misurare simultaneamente gas multicomponenti a supporto della valutazione delle prestazioni e dell’ottimizzazione del processo CO₂RR.

La quantificazione accurata dei prodotti in fase gassosa è essenziale per valutare la selettività del catalizzatore e l’efficienza di conversione nella CO₂RR. Il Gasboard-3100P offre una precisione di ±1% F.S. su tutti i canali NDIR e di ±2% F.S. per H₂ e O₂, garantendo la precisione di misura necessaria per soddisfare i requisiti di accuratezza.

Anche la rapidità di risposta è fondamentale per la ricerca sulla CO2RR, dove la composizione dei gas può variare durante l’elettrolisi a causa delle variazioni nell’attività del catalizzatore e nelle condizioni operative. Con un tempo di risposta inferiore a 10 secondi, Gasboard-3100P consente ai ricercatori di rilevare le variazioni nella composizione dei gas con un ritardo minimo, fornendo un feedback più rapido durante lo screening dei catalizzatori e l’ottimizzazione della reazione. La capacità di risposta rapida del Gasboard-3100P contribuisce a ridurre i tempi di iterazione, a migliorare l’efficienza sperimentale e ad accelerare l’ottimizzazione delle condizioni di reazione.

Progettato per un comodo impiego negli ambienti di test CO2RR, il Gasboard-3100P integra una pompa di campionamento, un flussometro, filtri e una batteria ricaricabile, oltre ai moduli di analisi dei gas, fornendo una soluzione autonoma per le configurazioni sperimentali. Rispetto ai tradizionali approcci di analisi offline, il design integrato semplifica il flusso di lavoro di misurazione riducendo la necessità di campionamento manuale e la complessità nella gestione dei campioni o di ulteriori fasi analitiche. L’archiviazione interna dei dati e le interfacce di comunicazione digitale standard favoriscono ulteriormente un trasferimento efficiente dei dati e l’integrazione con i sistemi sperimentali esistenti.

Combinando l’analisi di gas multicomponente, la precisione di misura, la risposta rapida e la flessibilità di implementazione, Gasboard-3100P supporta i ricercatori nell’ottenere informazioni affidabili sul comportamento delle reazioni CO₂RR e nell’ottimizzare le condizioni sperimentali in modo più efficiente.

Perché scegliere Cubic Instruments

Cubic Instruments ha costruito una base ampia e solida nelle tecnologie di rilevamento dei gas, con competenze chiave che spaziano dall’infrarosso non dispersivo (NDIR), alla diffusione Raman laser, all’UV-DOAS, al TDLAS, al rilevamento elettrochimico (ECD) e alle tecnologie a ultrasuoni. La capacità tecnica multipiattaforma consente a Cubic Instruments di sviluppare soluzioni su misura per un’ampia gamma di applicazioni di monitoraggio e analisi dei gas.

Gasboard-3100P si basa su piattaforme tecnologiche consolidate che hanno dimostrato prestazioni affidabili in condizioni di funzionamento continuo. Grazie a un rigoroso controllo della qualità dei prodotti, a un’assistenza tecnica reattiva e all’impegno a instaurare partnership a lungo termine con i clienti, Cubic Instruments fornisce ai ricercatori e agli ingegneri di processo che si occupano di CO2RR soluzioni strumentali su cui poter contare, dall’implementazione iniziale fino all’intera durata dei loro programmi di ricerca e sviluppo.

Mentre la riduzione elettrochimica della CO₂ continua a progredire verso la fase pilota e l’implementazione commerciale, Cubic Instruments mantiene il proprio impegno a fornire soluzioni di monitoraggio dei gas di precisione in grado di soddisfare i requisiti analitici in continua evoluzione di questa applicazione.