Materiali promettenti per lo stoccaggio dell’idrogeno
L’idrogeno è un vettore energetico a emissione quasi zero che, in Europa, potrebbe rivestire un ruolo fondamentale nei settori del trasporto e dell’energia a basse emissioni di carbonio del futuro. Esso può essere ossidato in modo elettrochimico per produrre energia elettrica e acqua, ovvero l’unico sottoprodotto di questo processo. Nonostante l’elevata densità energetica dell’idrogeno, l’utilizzo delle celle a combustibile all’idrogeno per applicazioni mobili è difficoltoso poiché i sistemi di stoccaggio sono inefficaci e complicati da gestire. Una cooperazione tra UE e India ha affrontato il problema dello stoccaggio dell’idrogeno con la modellazione computazionale di differenti materiali nel progetto HYPOMAP (New materials for hydrogen powered mobile applications), finanziato dall’UE. L’attenzione è stata concentrata sulle interazioni e sulle reazioni delle molecole di idrogeno con superfici solide. Lo stoccaggio dell’idrogeno può essere ottenuto mediante chemisorbimento e fisisorbimento. Nel chemisorbimento, la molecola viene scissa in atomi assorbiti chimicamente nel materiale ospitante mediante legami chimici. Nel fisisorbimento, l’idrogeno viene assorbito fisicamente nel materiale ospitante. Lo stoccaggio dell’idrogeno in un materiale sfuso, o mediante chemisorbimento o fisisorbimento, offre la possibilità di immagazzinare idrogeno gassoso in modo sicuro e con una densità più elevata. Gli scienziati hanno incrementato l’entalpia di adsorbimento dell’idrogeno introducendo cationi nei metalidrati e nelle strutture metallo-organiche. Un altro approccio è stato quello di introdurre nelle nanostrutture difetti che dovrebbero interagire fortemente con le molecole di idrogeno adsorbite. Gli scienziati hanno inoltre determinato la capacità gravimetrica e volumetrica di stoccaggio dell’idrogeno dei borani di ammoniaca, un altro materiale sfuso di stoccaggio. A causa della bassa massa degli atomi di boro e azoto, essi hanno mostrato una capacità gravimetrica di stoccaggio molto elevata. Pertanto l’idrogeno può essere facilmente rilasciato usando la termolisi. Gli scienziati hanno anche studiato dei catalizzatori idonei per controllare il rilascio dell’idrogeno dai borani di ammoniaca. Il progetto ha concentrato l’attenzione sullo spillover, un modo di immagazzinare idrogeno molecolare dissociato mediante chemisorbimento, su nanotubi di carbonio a parete singola. Tali materiali hanno mostrato le migliori capacità gravimetriche e volumetriche possibili di stoccaggio dell’idrogeno. Inoltre, il progetto ha identificato delle frazioni che servono da nuovi elementi da costruzione per i materiali destinati allo stoccaggio liquido o allo stato solido che hanno mostrato una eccezionale affinità all’idrogeno molecolare. HYPOMAP ha organizzato una scuola estiva, diversi workshop e conferenze, e le scoperte sono state pubblicate in 48 articoli in riviste internazionali a revisione paritaria.
Parole chiave
Materiali, stoccaggio idrogeno, applicazioni mobili, strutture metallo-organiche, borani di ammoniaca
