La ricerca scientifica negli ultimi anni si concentra sempre di più nel trovare processi sostenibili, veloci ed economici per produrre idrogeno a partire dall’acqua, in modo che possa essere considerato al 100% una fonte energetica pulita e rinnovabile.

Sono al vaglio a livello mondiale varie metodologie, ma il Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP), istituito all’interno del California Institute of Technology, è riuscito a sviluppare un sistema completo, efficiente, sicuro e integrato per produrre dalla scissione delle molecole d’acqua, grazie all’energia fornita dal sole, idrogeno utilizzabile come combustibile.

I ricercatori del JCAP sono partiti 5 anni fa, con l’intenzione di arrivare ad un procedimento conveniente di produzione di idrogeno combustibile a partire dalla luce del sole, dall’acqua e dall’anidride carbonica, con processi che imitano quelli fotosintetici delle foglie. Hanno raggiunto ottimi risultati che sono stati descritti nella rivista scientifica Energy and Environmental Science il 24 agosto.

Il sistema si compone di tre parti: un fotoanodo, un fotocatodo e una membrana. Pezzo forte quest’ultimo, che contribuisce all’innovatività del progetto e permette di tenere separati ossigeno e idrogeno prodotti dalla scissione delle molecole d’acqua evitando il rischio di pericolose esplosioni.

Il fotoanodo, caricato negativamente, utilizza la luce solare per ossidare le molecole d’acqua dividendole in protoni, elettroni e ossigeno. Il fotocatodo, caricato positivamente, unisce protoni ed elettroni dando origine all’idrogeno gassoso che viene quindi stoccato.

La luce solare è resa disponibile grazie a dei pannelli solari che fanno uso, come semiconduttori, di silicio e arseniuro di gallio. Questi materiali hanno però un problema: in presenza di acqua si ossidano, intoppo risolto dal team della JCAP applicando sui fotoelettrodi uno strato di 62,5 nanometri di spessore di biossido di titanio (TiO2), che protegge dalla corrosione pur facendo passare luce ed elettroni.

Un ulteriore passo avanti nella tecnologia è stato fatto grazie all’utilizzo di catalizzatori a basso costo: dai metalli rari e preziosi che di solito vengono scelti per la loro efficienza si è passati ad uno strato dello spessore di 2 nanometri di nichel sopra quello di biossido di titanio, ugualmente efficiente, ma più economico.

Ne risulta una sorta di “foglia artificiale” in grado di produrre idrogeno in modo decisamente sostenibile. Per il momento è stato realizzato solo un prototipo di 1 centimetro quadrato di superficie, che però è già in grado di immagazzinare il 10% dell’energia solare ricevuta nel combustibile prodotto e può funzionare per più di 40 ore consecutive.

Nate Lewis, professore di chimica e direttore scientifico del JCAP spiega quali sono le prospettive future per questo brillante progetto:

Certo, abbiamo ancora del lavoro da fare per prolungare la durata del sistema e per sviluppare sistemi di produzione a costi realmente contenuti, ma stiamo lavorando su entrambi.

31 agosto 2015
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