Come un progetto dell’UE ha riscritto le regole dell’elettrolisi dell’idrogeno
La produzione di idrogeno attraverso l’elettrolisi dell’acqua potrebbe rivoluzionare il modo in cui l’energia rinnovabile viene immagazzinata e trasportata. Le attuali celle elettrolitiche a membrana a scambio protonico (PEMEC), che scindono l’acqua in idrogeno e ossigeno, fanno largo uso di materiali costosi e hanno problemi di prestazioni a lungo termine. Il progetto Thin-CATALYzER(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha sviluppato un’architettura innovativa dello strato catalitico che combina nanofibre di carbonio, strati ceramici ultrasottili e nanoparticelle catalitiche. Questo nuovo design migliora l’efficienza e riduce la dipendenza da materiali critici.
La nuova architettura del catalizzatore migliora le prestazioni
Thin-CATALYzER ha sviluppato uno strato catalizzatore a guscio centrale costituito da nanofibre di carbonio rivestite da uno strato ceramico ultrasottile di ossinitruro di titanio (TiON). In cima, una fine dispersione di nanoparticelle di iridio migliora le prestazioni catalitiche. «Uno degli aspetti più impegnativi nello sviluppo di elettrodi a bassa temperatura operanti in elettroliti acquosi è il livello relativamente alto di maturità tecnologica», spiega il coordinatore del progetto Federico Baiutti. «Con Thin-CATALYzER abbiamo esplorato il potenziale della combinazione di metodi di fabbricazione di film sottili con la sintesi chimica tradizionale, con l’obiettivo di fornire una prospettiva tecnologica diversa e aprire nuove strade per ulteriori progressi nel settore.» Il rivestimento ceramico garantisce la conducibilità elettrica e la protezione dalla corrosione, mentre l’elettrofilatura(si apre in una nuova finestra) (una tecnica scalabile adatta alle applicazioni industriali) produce supporti in fibra di carbonio di alta qualità in modo rapido ed efficiente.
Affrontare la durabilità e l’efficienza dei materiali
Sebbene la riduzione della quantità di materie prime critiche, come l’iridio, sia fondamentale, ciò comporta anche delle sfide per bilanciare l’efficienza dei materiali con le prestazioni catalitiche a lungo termine. I catalizzatori nanostrutturati funzionano meglio perché hanno una superficie maggiore, ma possono rompersi o aggregarsi se esposti a condizioni elettrochimiche difficili. Baiutti sottolinea che l’ottimizzazione continua è fondamentale: «L’equilibrio tra l’efficienza dei materiali e le prestazioni catalitiche a lungo termine rimane una sfida fondamentale nel settore. Il raggiungimento di questo equilibrio richiede una continua ottimizzazione dei metodi di sintesi, dei materiali di supporto e delle strategie di protezione». Per migliorare la stabilità, il progetto ha esplorato l’incorporazione di droganti per prevenire l’ossidazione del supporto e ha impiegato strategie di progettazione intelligenti per garantire buone prestazioni del catalizzatore in condizioni operative reali.
Dalla scoperta in laboratorio alla rilevanza industriale
Durante il progetto, il team ha collaborato con partner industriali per valutare la fattibilità commerciale delle loro innovazioni. Ciò ha rivelato l’importanza della scalabilità e dell’affidabilità a lungo termine, sottolineando il notevole divario tra i risultati ottenuti in laboratorio e i requisiti industriali. «Affinché un’innovazione abbia un impatto reale, è necessario garantire un percorso di fabbricazione facile e scalabile, nonché prestazioni e affidabilità elevate a lungo termine», osserva Baiutti. «Rafforzare i collegamenti tra il mondo scientifico e quello industriale sarebbe estremamente utile per allineare le esigenze e gli sforzi.» La versatilità del progetto Thin-CATALYzER apre porte in ambiti che vanno oltre l’elettrolisi, con potenziali vantaggi per altri dispositivi elettrochimici a bassa temperatura, come le celle a combustibile polimeriche e le batterie. Adattando le combinazioni di materiali, questa tecnologia potrebbe far progredire in modo significativo lo sviluppo di sistemi di accumulo e conversione dell’energia più puliti. Grazie a questo catalizzatore dal design innovativo, Thin-CATALYzER ha posto le basi per tecnologie di produzione dell’idrogeno più sostenibili ed efficienti, sostenendo la transizione dell’Europa verso un’economia più verde.
