Secondo i ricercatori dell’Università di Linköping, la reazione chimica per produrre idrogeno dall’acqua è molto più efficace quando si utilizza una combinazione di nuovi materiali in tre strati. L’idrogeno prodotto dall’acqua è una promettente fonte di energia rinnovabile, soprattutto se prodotto utilizzando la luce solare.
I ricercatori della Linköping University (LiU) stanno lavorando allo sviluppo di materiali da usare per produrre idrogeno (H₂) dall’acqua (H₂O) mediante l’energia della luce solare.
La produzione di nuove auto a benzina e diesel nell’Unione Europea UE dovrebbe cessare nel 2035. Di conseguenza i motori elettrici sono destinati a diventare sempre più comuni nei veicoli, ma non sono adatti a tutti i tipi di trasporto: “Le autovetture possono essere dotate di batteria, ma i camion pesanti, le navi o gli aerei non possono utilizzarla per immagazzinare energia. Per questi mezzi di trasporto, dobbiamo trovare fonti di energia pulite e rinnovabili, e l’idrogeno è un buon candidato” afferma Jianwu Sun, professore associato presso l’Università di Linköping, che ha guidato lo studio pubblicato sul Journal of the American Chemical Society.
Catturare l’energia della luce solare
Il team di ricerca della LiU ha precedentemente dimostrato che un materiale chiamato carburo di silicio cubico (3C-SiC) ha proprietà benefiche per facilitare la reazione in cui l’acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno. Il materiale può catturare efficacemente la luce solare in modo che l’energia in essa contenuta possa essere utilizzata per la produzione di idrogeno attraverso la reazione fotochimica di scissione dell’acqua.
Nel loro attuale studio, i ricercatori hanno ulteriormente sviluppato un nuovo materiale combinato. Il nuovo materiale è costituito da tre strati: uno strato di carburo di silicio cubico, uno strato di ossido di cobalto e un catalizzatore che aiuta a scindere l’acqua. “Si tratta di una struttura molto complessa, quindi il nostro obiettivo in questo studio è stato comprendere la funzione di ogni strato e come contribuisca a migliorare le proprietà del materiale. Il nuovo materiale ha prestazioni otto volte migliori rispetto al carburo di silicio cubico puro nella scissione dell’acqua in idrogeno” afferma Sun.
Quando la luce solare colpisce il materiale, si generano cariche elettriche, che vengono poi utilizzate per scindere l’acqua. Una sfida nello sviluppo di materiali per questa applicazione è impedire che le cariche positive e negative si fondano nuovamente e si neutralizzino a vicenda. Nel loro studio, i ricercatori dimostrano che combinando uno strato di carburo di silicio cubico con gli altri due strati, il materiale, noto come Ni(OH)2/Co3O4/3C-SiC, diventa più capace di separare le cariche, rendendo così la scissione dell’acqua più efficace.
Una scissione più efficiente dell’acqua
L’idrogeno è considerato un’alternativa ai carburanti tradizionali, ma oggi esiste una distinzione tra idrogeno “grigio” e “verde”. Quasi tutto l’idrogeno presente sul mercato è idrogeno “grigio”, prodotto da un combustibile fossile chiamato gas naturale o gas fossile. La produzione di una tonnellata di idrogeno gassoso “grigio” provoca l’emissione fino a dieci tonnellate di anidride carbonica, contribuendo all’effetto serra e al cambiamento climatico. L’idrogeno “verde” viene prodotto utilizzando energia elettrica rinnovabile come fonte di energia. L’obiettivo a lungo termine dei ricercatori della LiU è quello di poter utilizzare solo l’energia solare per innescare la reazione fotochimica che produce idrogeno “verde”.
La maggior parte dei materiali attualmente in fase di sviluppo ha un’efficienza compresa tra l’1 e il 3%, ma per la commercializzazione di questa tecnologia dell’idrogeno verde l’obiettivo è un’efficienza del 10%. Essere in grado di innescare completamente la reazione utilizzando l’energia solare ridurrebbe i costi di produzione dell’idrogeno “verde”, rispetto alla sua produzione utilizzando energia elettrica rinnovabile supplementare, come avviene con la tecnologia attualmente in uso. Jianwu Sun ipotizza che potrebbero volerci dai cinque ai dieci anni prima che il team di ricerca sviluppi materiali che raggiungano l’ambito limite del 10%.
Foto Olov Planthaber
