Produrre idrogeno da acqua: processi low cost e record per l’efficienza

Ricercatori olandesi migliorano l’efficienza della fotoelettrolisi dell’acqua, raggiungendo un valore del 10,8 per cento.

Produrre idrogeno da acqua e sole è una delle alternative più ecologiche e razionali per ottenere il vettore energetico. Il processo di sintesi, tuttavia, è ancora oggi messo a dura prova da una sorta di incompatibilità tra tre fattori: efficienza, stabilità e costo.

L’elettrolisi solare dell’acqua avviene attraverso un dispositivo chiamato cella fotoelettrochimica che utilizza un elettrodo semiconduttore per assorbire la luce e l’energia ottenuta per spezzare le molecole d’acqua.

Ma nel settore dei carburanti solari c’è chi è finalmente riuscito a trovare un compromesso tra questi fattori.

Nuovo design per produrre idrogeno da acqua e sole

I ricercatori del MESA+ Institute for Nanotechnology dell’Università di Twente, nei Paesi Bassi, sono riusciti a migliorare significativamente l’efficienza del processo per produrre idrogeno da acqua e sole.

Il punto di partenza è stato il catalizzatore in nickel-molibdeno: entrambi i materiali sono facilmente reperibili ed economici, ma generalmente opachi e dal momento che richiedono un carico di massa elevato per ottenere un’alta attività catalitica assorbono gran parte della luce che dovrebbe raggiungere il fotoelettrodo sottostante.

La soluzione proposta dai ricercatori è stata quella di disaccoppiare spazialmente e funzionalmente l’assorbimento della luce dall’attività catalitica.

Il nuovo sistema per produrre idrogeno da acqua e sole si affida direttamente alle nozione della nanotecnologia: la cella per la fotoelettrolisi è stata dotata di un catodo costituito da minuscoli fili in silicio, lunghi meno di un decimo di millimetro.

La punta di queste piccolissime strutture è stata rivestita con il catalizzatore in nickel-molibdeno, e quando la luce raggiunge il fotocatodo rimane intrappolata alla base dei microfili e può essere assorbita più facilmente.

La reazione chimica con cui si forma l’idrogeno, invece, avviene sulla punta. Variando la densità e la lunghezza dei fili in silicio, i ricercatori hanno raggiunto una densità di fotocorrente quasi ideale e soprattutto un’efficienza massima del 10,8 per cento, il valore più alto mai raggiunto per un progetto basato sul silicio.

Il processo low cost

Dei ricercatori svedesi del KTH Royal Institute of Technology hanno messo a punto dei catalizzatori a buon mercato, stabili ed efficienti. Il lavoro svolto dagli scienziato è stato salutato dal mondo scientifico come il primo avanzamento reale per una produzione low cost di idrogeno.

Il risultato è stato possibile grazie al superamento dei principali ostacoli che affliggono l’elettrolisi dell’acqua a scopi commerciali.

Il problema numero uno è legato agli elementi normalmente impiegati per accelerare la velocità di reazione: i catalizzatori più performanti per la scissione delle molecole in ossigeno e idrogeno sono metalli estremamente costosi.

Il nuovo materiale, invece, è un doppio monostrato di idrossido che coinvolge nichel e vanadio. Il composto possiede una struttura stratificata che aumenta la superficie attiva migliorando il trasferimento di elettroni.

L’efficienza dimostrata supera quella degli altri elettrocatalizzatori costituiti da materiali non preziosi, ma soprattutto offre un’alternativa competitiva ed economica nei confronti dei costosissimi ossido di iridio (IRO2) o ossido di rutenio (Ruo2).

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