Separazione efficiente dell’acqua alimentata a energia solare
Ridurre la dipendenza dalla combustione dei carburanti fossili per la produzione di energia ha numerosi benefici. Si potrebbero eliminare le differenze geopolitiche che minacciano la sicurezza energetica e si potrebbero ridurre le emissioni che sono comunemente ritenute la causa principale del cambiamento climatico globale. L’idrogeno come vettore energetico è stato al centro di intense attività di ricerca e sviluppo. Anche se l’industria della produzione di idrogeno è grande e in crescita, quasi tutte le tecniche fanno affidamento sugli idrocarburi (combustibili fossili) come fonte dell’idrogeno. Degli scienziati hanno lanciato il progetto WATERSPLIT (“Modular ligands for water splitting”), finanziato dall’UE, per sviluppare nuovi catalizzatori migliorati per il complesso trasferimento accoppiato con protoni di elettroni multipli associato con la separazione dell’acqua alimentata a energia solare. In particolare, essi hanno cercato di creare catalizzatori per l’ossidazione dell’acqua in ossigeno e per la riduzione dell’acqua in idrogeno molecolare (H2) con attività, specificità ed efficienze superiori a quelle attualmente disponibili. Essi si sono concentrati sull’uso di elementi metallici di transizione abbondanti, innocui dal punto di vista ambientale e poco costosi. Questi sono stati usati per creare composti di coordinazione omogenei formati da un catione metallico centrale a cui sono legati dei ligandi caricati negativamente. Studi sui meccanismi di formazione del prodotto e la caratterizzazione delle proprietà catalitiche hanno portato all’identificazione di nuove famiglie di catalizzatori per l’ossidazione dell’acqua (WOC) e catalizzatori per la riduzione dell’acqua (WRC) molto efficienti. I WOC di WATERSPLIT si basano sul ferro, che è abbondante e innocuo. Il team ha fornito una migliore comprensione delle caratteristiche del centro metallico che influiscono sull’attività, e questo sarà utile nello sviluppo di altri sistemi di catalizzatori e trasformazioni catalitiche. Inoltre, i ricercatori hanno identificato un intermedio di reazione che può essere usato come modello del complesso fotosistema II, la prima fase nella via fotosintetica. I WRC, basati sul cobalto, sono in grado di agire allo stesso modo sia da fotocatalizzatori che da elettrocatalizzatori. La comprensione meccanicistica e la caratterizzazione di WOC e WRC formati a partire da elementi metallici di transizione abbondanti e innocui dal punto di vista ambientale apre la strada alla progettazione razionale di catalizzatori più efficienti. Un’efficienza più elevata della separazione dell’acqua alimentata a energia solare per produrre H2 potrebbe rendere questo processo praticamente a emissioni zero.
Parole chiave
Alimentato a energia solare, separazione acqua, idrogeno, catalizzatori, ligandi modulari
