Convertire la biomassa direttamente in energia elettrica: finora sembrava impossibile, ma un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology ha messo a punto un nuovo tipo di cella a combustibile a basse temperature, che permette di eliminare il catalizzatore.

Le celle a combustibile a basse temperature, alimentate direttamente da etanolo o metano, sono già state studiate e migliorate dai ricercatori del settore: con la biomassa, invece, l’ostacolo principale è sempre stato la necessità di avere un catalizzatore innescato da energia solare o termica.

Ma il dispositivo costruito dal team della Georgia utilizza direttamente la biomassa, facendo a meno del catalizzatore: in questo modo la cella a combustibile può usare un numero molto vario di fonti, dalle biomasse legnose alle alghe, dai rifiuti animali come gli scarti di pollo all’amido contenuto in alcuni cibi.

Yulin Deng, professore al Georgia Tech’s School of Chemical and Biomolecular Engineering e all’Institute of Paper Science and Technology (IPST), ha spiegato:

Abbiamo sviluppato un nuovo metodo in grado di gestire la biomassa a temperatura ambiente: un processo ripetibile con qualunque tipo di biomassa. Questo approccio è molto generico e può essere utilizzato con vari tipi di biomassa e con i rifiuti organici: la preoccupazione di dover purificare i materiali di partenza viene così eliminata.

Nel sistema messo a punto dal team americano la biomassa è mischiata con particolari composti chimici chiamati poliossometallati o POM: un catalizzatore in soluzione esposto alla luce del sole, o al calore artificiale. Il POM, agisce da agente ossidante e ossida la biomassa posta sotto i fotoni o sotto l’irraggiamento termico, portando le cariche dalla biomassa all’anodo della cella a combustibile: gli elettroni vengono poi trasportati verso il catodo, dove vengono finalmente ossidati dall’ossigeno attraverso un circuito esterno, per produrre elettricità.

Secondo lo studio pubblicato da Nature Communications, la cella a combustibile può essere usata sia in unità di piccole dimensioni che in impianti più grandi. Il sistema ha numerosi vantaggi: in primo luogo sintetizza la degradazione della biomassa, attraverso la fotochimica e e il solare-termico, in un unico processo, rendendo un elevata efficacia di conversione solare.

In secondo luogo non usa materiali costosi come i metalli nobili: le reazioni di ossidazione, infatti, sono catalizzate dalla soluzione POM: infine, questa soluzione è chimicamente stabile, cosa che permette di utilizzare la biomassa non purificata.

Se si mescolano biomassa e catalizzatori a temperatura ambiente, non ci sarà nessuna reazione. Ma quando li si espone alla luce o al calore, inizia la reazione: la soluzione POM introduce un passaggio intermedio, poiché non sarebbe possibile combinare direttamente biomassa e ossigeno.

Secondo lo studio, la densità massima registrata con la nuova cella è di 0,72 milliwatt per centimetro quadrato: circa 100 volte superiore a celle a combustibile microbiche a base di cellulosa, molto vicino alla soglia delle celle microbiche a combustibile. Ma il team ritiene che il risultato ottenuto potrebbe essere aumentato dalle cinque alle dieci volte, una volta ottimizzato il processo.

20 febbraio 2014
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