GRAFFITI Produzione di grafite da cracking di biometano in un reattore a metallo fuso alimentato da energia rinnovabile
• Nextchem S.p.A. (Capofila)
Proprietario della tecnologia, progettazione, realizzazione e operazione dell'impianto pilota, validazione su scala industriale
• Dipartimento di Ingegneria Chimica, Università degli Studi di Roma La Sapienza (UNIROMA1)
Ricerca di laboratorio finalizzata all’ottimizzazione del processo, studi cinetici, caratterizzazione del carbonio
Progetto finanziato dal Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica nell’ambito dell’iniziativa Mission Innovation 2.0
Il progetto GRAFFITI ha quale obiettivo primario la produzione sostenibile di idrogeno (H2 turchese) e carbonio strutturato tramite il processo di cracking termico del biometano senza emissioni di CO₂.
Il carbonio prodotto può poi essere trattato per generare grafite sintetica, in linea con gli obiettivi dell’Avviso pubblico per progetti di ricerca, sviluppo e innovazione tecnologica che coprono l'intera catena del valore delle Materie Prime Critiche (MPC) e delle Materie Prime Strategiche (MPS) promosso dal Ministero dell'Ambiente e della Sicurezza Energetica (MASE) nel cui ambito il progetto GRAFFITI è stato finanziato, e i requisiti europei per le materie prime critiche.
Il processo sviluppato offre un'alternativa ai processi convenzionali per la produzione di grafite sintetica a partire dal coke di petrolio, cui sono associati elevati consumo energetico e impatti ambientali.
Convalidando la tecnologia innovativa proposta su scala pilota (TRL 7), GRAFFITI mira a abilitare una nuova catena del valore italiana per la produzione sostenibile di grafite e idrogeno con impronta di carbonio ridotta.
La realizzazione del pilota è in corso, con l'entrata in servizio prevista tra giugno e luglio 2026 e il completamento della campagna sperimentale entro dicembre 2026.
Materie Prime Critiche
da TRL 4 a TRL 7
10 Nm³/h di gas naturale in ingresso
≥90% rispetto alla produzione convenzionale di grafite sintetica da coke di petrolio
• Creazione di una catena di approvvigionamento completamente italiana da biometano a grafite
• Riduzione della dipendenza da fornitori esteri (soprattutto cinesi) di grafite
• Produzione di materie prime a impatto negativo di carbonio a partire da biometano rinnovabile
• Spinta al settore del biometano e all'economia circolare
• Supporto all'economia dell'idrogeno attraverso la coproduzione di idrogeno senza emissioni di CO₂
Il progetto GRAFFITI, sviluppato da NEXTCHEM in collaborazione con l'Università di Roma "La Sapienza", affronta tre grandi sfide nella catena del valore della grafite sintetica:
- Vulnerabilità dell'offerta dovuta alla dipendenza dal coke petrolifero e da fonti estere di grafite
- Alto impatto ambientale dei processi produttivi convenzionali
- Necessità di materie prime rinnovabili e a basso contenuto di carbonio per soddisfare le future esigenze industriali.
Il cuore del progetto è un reattore innovativo a bagno di metallo fuso a bolle di gas alimentato da energia rinnovabile sviluppato da NEXTCHEM nell’ambito della sua tecnologia proprietaria Natural Gas Cracking, oggetto di due brevetti depositati tra il 2022 e il 2023, con un terzo pending.
Il metano entra nel bagno fuso sotto forma di bolle che si decompongono ad alta temperatura. Le bolle si aprono all'interfaccia superiore del mezzo liquido, rilasciando carbonio e idrogeno. Il carbonio galleggia sulla superficie del metallo fuso, avendo una densità inferiore rispetto al metallo, rendendo più facile separarlo dal reattore.
Il Progetto GRAFFITI è organizzato in cinque pacchetti di lavoro strategici (WP), ciascuno progettato per affrontare fasi specifiche del ciclo di vita del progetto. Questi pacchetti di lavoro facilitano un'implementazione strutturata, dall'ottimizzazione su scala di laboratorio della tecnologia, alla validazione su scala pilota e alla valorizzazione del carbonio, garantendo la valutazione parallela degli impatti tecnologici quando implementata su scala più ampia. Le sezioni seguenti forniscono una breve panoramica di ogni pacchetto di lavoro, illustrandone il focus principale.
- WP1 – Attività sperimentali su scala laboratorio per ottimizzazione della tecnologia (UNIROMA1): Test di crecamento, studi sulla dimensione delle bolle, caratterizzazione del carbonio e strategia di purificazione.
- WP2 – Attività sperimentali su scala pilota per validazione della tecnologia (NEXTCHEM): Ingegneria, costruzione, messa in servizio e 2.000 ore di funzionamento pilota dell'impianto pilota.
- WP3 – Valorizzazione del carbonio prodotto (NEXTCHEM): Test industriale di campioni di carbonio con il supporto di terze parti.
- WP4 – Impatti della tecnologia su scala industriale (NEXTCHEM): strategia di scale-up, analisi tecnoeconomica, valutazione del ciclo di vita e roadmap per la commercializzazione.
- WP5 – Comunicazione, disseminazione e promozione della tecnologia (NEXTCHEM & UNIROMA1): Pubblicazioni scientifiche, workshop, materiali di sensibilizzazione e coinvolgimento degli stakeholder.
• Dimostrazione a TRL 7 del processo di cracking termico in un reattore a bagno di metallo fuso
• Produzione di una quantità di carbonio sufficiente per successivi test in applicazioni industriali reali
• Valutazione della fattibilità tecnologica dal punto di vista tecnico, economico e ambientale
• Significativa riduzione dell'impronta di carbonio e del consumo energetico ottenuti attraverso l’implementazione della tecnologia proposta, rispetto al processo convenzionale di produzione della grafite sintetica da coke di petrolio
• Identificazione delle opportunità di mercato e preparazione di strategie di commercializzazione
• Numero ore di operazione dell’impianto pilota a TRL 7: 2.000 (intese come ore per ottimizzazione parametri + produzione carbonio solido)
• Target grado di grafitizzazione (inteso come percentuale di carbonio grafitico rispetto al carbonio totale): >20%
• Target purezza carbonio solido prodotto espresso come contenuto di stagno: ≤ 3% in peso
• Quantità totale di carbonio ad elevato grado di grafitizzazione prodotta su scala pilota: 1.000 kg
• Riduzione dell'impronta di carbonio del processo di produzione della grafite sintetica da gas naturale rispetto alla produzione di grafite sintetica da coke di petrolio: ≥90% (utilizzando energia da FER)
• Incremento dell'efficienza energetica del processo di produzione della grafite sintetica da gas naturale rispetto alla produzione di grafite sintetica a partire dal coke di petrolio: 50-100%
• Riduzione del costo di produzione della grafite sintetica a partire dal gas naturale,rispetto rispetto alla produzione di grafite sintetica a partire dal coke di petrolio: 30-50%
Il progetto è finanziato dal Ministero italiano dell'Ambiente e della Sicurezza Energetica (MASE) nell'ambito dell'iniziativa Mission Innovation 2.0, che promuove progetti di Ricerca, Sviluppo e Innovazione Tecnologica riguardanti l'intera catena del valore delle Materie Prime Critiche (MPC) e delle Materie Prime Strategiche (MPS) - DM 386/2023.
Costi eleggibili totali: €4,454,770
Contributo pubblico: €2,898,931.25
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