Un passo più vicino all’idrogeno verde grazie a un nuovo promettente catalizzatore
I bisogni energetici futuri potrebbero essere basati sull’idrogeno come vettore energetico: le applicazioni potenziali spaziano dai veicoli, tra cui auto, imbarcazioni e treni, fino alle abitazioni e ai processi industriali. Quando l’idrogeno è prodotto da fonti energetiche rinnovabili è un combustibile pulito: la sua trasformazione in una cella a combustibile genera solo acqua. L’energia solare può essere immagazzinata in forma di combustibile a idrogeno scindendo l’acqua in idrogeno e ossigeno mediante un processo denominato elettrolisi. La reazione di evoluzione dell’ossigeno, che genera la reazione fondamentale in tale processo, richiede i catalizzatori. Favorire la produzione su larga scala di idrogeno solare richiederà lo sviluppo di catalizzatori efficienti e solidi attraverso l’impiego di materiali economici.
Un aumento decuplicato delle prestazioni
Il progetto FANOEC (Fundamentals and Applications of Inorganic Oxygen Evolution Catalysts), sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, ha aperto nuove prospettive in questo campo individuando un catalizzatore che soddisfa tutti i requisiti. «Abbiamo scoperto un catalizzatore bifunzionale al nichel-ferro che supera il catalizzatore di riferimento di circa dieci volte», spiega Xile Hu, professore di chimica presso il Politecnico federale svizzero di Losanna e ricercatore principale di FANOEC. Il catalizzatore appena scoperto è facilmente preparabile e mostra stabilità a lungo termine. Il suo meccanismo bifunzionale, che implica due siti attivi collaborativi, rafforza l’attività del catalizzatore, migliorando quindi nel complesso le sue prestazioni.
Comprensione approfondita
Sebbene sia noto da tempo che gli ossidi metallici detengano un potenziale come catalizzatori della reazione di evoluzione dell’ossigeno, le nostre conoscenze riguardo al loro esatto funzionamento sono state finora limitate. Il gruppo di ricercatori di FANOEC è riuscito a comprendere meglio tale reazione sugli ossidi metallici a livello molecolare e a sviluppare catalizzatori migliori basati su questa comprensione: «Il progetto ha fornito alcuni dei migliori catalizzatori che potrebbero essere utilizzati in dispositivi futuri», sottolinea Hu. A tal fine, il team ha sviluppato diversi nuovi strumenti per migliorare la nostra comprensione circa il funzionamento molecolare dei catalizzatori della reazione di evoluzione dell’ossigeno. Sulla base di tali informazioni, il gruppo ha fornito nuovi metodi di sintesi e ha descritto i principi fondamentali della progettazione per catalizzatori efficienti di tale reazione.
Verso dispositivi di nuova generazione
I loro risultati aprono la strada a celle elettrolitiche migliori e quindi a renderle adatte allo sviluppo su larga scala. «Tali dispositivi per la scissione dell’acqua sono attualmente ancora troppo costosi e difficili da scalare», evidenzia Hu. Il progetto ha fornito un importante contributo per superare tali ostacoli: «FANOEC ha fornito conoscenze e persino un catalizzatore candidato da utilizzare in celle elettrolitiche di nuova generazione.» Hu, insieme ai suoi colleghi, sta attualmente cercando nuove modalità per integrare i catalizzatori nelle celle elettrolitiche e per sviluppare dispositivi più efficienti. Tuttavia, c’è ancora molto lavoro da svolgere prima di poter vedere i carburanti a idrogeno ecologico sul mercato, afferma Hu e prosegue: «Per realizzare una produzione di idrogeno neutro in termini di emissioni di carbonio su larga scala sono necessari l’ottimizzazione e la ricerca di sistemi aggiuntivi, nonché collaborazioni tra il mondo accademico e quello industriale.»
Parole chiave
FANOEC, combustibile a idrogeno, reazione di evoluzione dell’ossigeno, catalizzatore, ossidi metallici, energia solare, cella elettrolitica
