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Passi avanti nella produzione sostenibile di Idrogeno

11 maggio 2011

Nella ricerca di nuove fonti per soddisfare la nostra sempre crescente sete di energia, l’idrogeno ricopre un ruolo di primo piano, nonostante non possa considerarsi a tutti gli effetti una fonte energetica. Nonostante sia l’elemento piu’ diffuso nell’universo (costituisce il 75% della normale materia), l’idrogeno che usiamo, o, meglio, che useremmo per alimentare le nostre auto, per generare elettricita’ e per scaldarci, non verrebbe raccolto, ma prodotto. Questo perche’ sulla Terra l’idrogeno e’ estremamente raro in forma libera, ovvero non legato ad altri atomi. Il motivo di questa discrepanza tra l’abbondanza nell’universo e la scarsita’ terrestre risiede nel fatto che esso ha una massa molto piccola, quindi tende a sfuggire all’attrazione gravitazionale terrestre molto facilmente e a venire disperso nello spazio, a meno che non sia “ancorato” ad atomi piu’ pesanti.

Prodotto, dicevamo: diversamente da fonti energetiche proprie come il petrolio, il  gas o il carbone che si trovano gia’ in natura in forme energeticamente favorevoli (il bilancio tra l’energia che usiamo per estrarli e renderli utilizzabili e quella che ci forniscono e’ positivo), l’idrogeno deve essere estratto da molecole quali quella dell’acqua mediante processi energeticamente costosi: dobbiamo fornire piu’ energia per l’estrazione dell’idrogeno di quella che otterremo dalla sua combustione. Piu’ che di una fonte energetica dovremmo quindi parlare di un mezzo di immagazzinamento e di trasporto dell’energia: si tratta di un analogo delle batterie.

A questo punto risulta chiaro che l’ecosostenibilita’ dell’uso dell’idrogeno come mezzo di immagazzinamento di energia e’ pari a quella del metodo utilizzato per la sua produzione e quello per il suo eventuale trasporto. Questo e’ il nocciolo della questione: la produzione di idrogeno richiede, normalmente, energia elettrica per la sua scissione dall’ossigeno nell’acqua, e questo e’ un processo energeticamente dispendioso. Inoltre, siccome sappiamo che il moto perpetuo non puo’ esistere, l’elettrolisi dell’acqua richiedera’ sempre un po’ piu’ energia di quella che potremo ricavare dalla successiva combustione. Il differenziale tra energia richiesta e successiva energia rilasciata diventa quindi uno dei parametri piu’ importanti per valutare i vari approcci di produzione dell’idrogeno. Non e’ l’unico, pero’: l’accessibilita’, in termini di costi e diffusione, dei materiali necessari sono l’altro parametro fondamentale. Un modo per migliorare l’efficienza di estrazione consiste nell’utilizzo di catalizzatori, materiali che facilitano una reazione chimica abbassando il livello energetico necessario, ma che non partecipano alla reazione stessa, presentandosi immutati alla fine di essa. Il piu’ utilizzato catalizzatore per l’elettrolisi dell’acqua e’ il platino, molto efficiente, ma anche molto raro e costoso. Nonostante la riutilizzabilita’, il suo costo non lo rende accessibile per la produzione su larga scala di idrogeno.

Una collaborazione tra cinque gruppi di ricerca, quattro della Technical University of Denmark (DTU) danese e uno dello SLAC National Accelerator Laboratory americano ha individuato un buon candidato, economico e abbondante, per rimpiazzare il platino come catalizzatore, cosa che potrebbe permettere lo sviluppo di efficienti celle elettrolitiche foto-elettrochimiche (PEC), ovvero celle in grado di produrre idrogeno e ossigeno dall’acqua utilizzando direttamente l’energia solare. Per trovare il loro catalizzatore i ricercatori si sono fatti aiutare dalla natura, analizzando enzimi noti per la loro efficienza proprio nella scissione di idrogeno ed ossigeno e dopo aver condotto calcoli e simulazioni sono giunti al risultato cercato: solfuro di molibdeno (Mo3S4), economico e di facile produzione. Per completare il loro esperimento, hanno lavorato un substrato di silicio, in grado di assorbire la luce e di trasformarla in cariche elettriche, creando sulla sua superficie una “foresta” di nanopilastri ricoperti di solfuro di molibdeno. Il silicio, esposto alla luce, fornisce l’energia necessaria per l’elettrolisi, il Mo3S4 sulla superficie favorisce la reazione e la configurazione a nanopilastri aumenta notevolmente la superficie di contatto tra l’acqua e il dispositivo, aumentando la velocita’ di produzione. Esponendo il dispositivo alla luce, i ricercatori hanno dimostrato la produzione di idrogeno gassoso con un efficienza oltre il 10%, paragonabile a quella ottenuta con il platino.

Ovviamente siamo ancora allo stadio sperimentale, ma sembra essere un importante passo avanti e la soluzione di uno dei maggiori vincoli alla produzione su vasta scala di idrogeno per uso energetico.

ResearchBlogging.org
Hou, Y., Abrams, B., Vesborg, P., Björketun, M., Herbst, K., Bech, L., Setti, A., Damsgaard, C., Pedersen, T., Hansen, O., Rossmeisl, J., Dahl, S., Nørskov, J., & Chorkendorff, I. (2011). Bioinspired molecular co-catalysts bonded to a silicon photocathode for solar hydrogen evolution Nature Materials DOI: 10.1038/nmat3008

One Comment leave one →
  1. 18 settembre 2011 08:15

    ho sentito parlare di piccoli dissociatori che producono una piccola quantità di hidrogeno che poi viene immessa nell aspirazione e di conseguenza dovrebbe ridurre il consumo… che ne pensi??

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