Nuovo catalizzatore promette idrogeno verde sostenibile sfruttando il potenziale dell’acqua

RomeGli scienziati hanno sviluppato un nuovo catalizzatore per produrre idrogeno verde. I metodi tradizionali utilizzano il metano, un tipo di combustibile fossile, e rilasciano molta anidride carbonica, nociva per l'ambiente. Un'alternativa migliore è l'elettrolisi dell'acqua, soprattutto se alimentata da energie rinnovabili. Tuttavia, questa procedura richiede catalizzatori efficienti per separare l'acqua in idrogeno e ossigeno, di solito basati su elementi rari come il platino e l'iridio.

Tecnologia PEM: Nuovi Catalizzatori per un'Elettrolisi Sostenibile

La tecnologia a membrana a scambio protonico (PEM) rappresenta un metodo promettente per l'elettrolisi dell'acqua, grazie alla sua elevata efficienza energetica e velocità operative. Tuttavia, i sistemi PEM attuali dipendono dall'iridio per i loro catalizzatori anodici, un elemento raro e costoso che ostacola la produzione su larga scala di idrogeno verde. Recentemente, un gruppo di scienziati ha fatto progressi significativi trovando alternative all'iridio. Hanno sviluppato un nuovo catalizzatore che sfrutta le proprietà dell'acqua per garantire stabilità e efficacia nella produzione di idrogeno verde, senza la necessità di utilizzare l'iridio.

Il team di ricerca include membri dell'ICFO come Ranit Ram, il dottor Lu Xia, la dottoressa Anku Guha, la dottoressa Viktoria Golovanova, il dottor Marinos Dimitropoulos, Aparna M. Das e Adrián Pinilla-Sánchez, ed è guidato dal professor F. Pelayo García de Arquer. Altri membri provengono dall'Istituto di Ricerca Chimica della Catalogna (ICIQ), dall'Istituto Catalano di Scienza e Tecnologia (ICN2), dal Centro Nazionale Francese per la Ricerca Scientifica (CNRS), dalla Diamond Light Source e dall'Istituto di Materiali Avanzati (INAM).

I catalizzatori non composti da iridio hanno un problema significativo: si degradano in condizioni molto acide. Gli ossidi di iridio, al contrario, sono stabili e funzionano bene, motivo per cui sono ampiamente utilizzati. Sono stati fatti tentativi con altri materiali come ossidi di manganese e cobalto, ma questi solitamente non reggono ai livelli di corrente elevati necessari per l'uso industriale.

Leggi anche:

Oggi · 19:21

Strumento innovativo per pianificare il futuro del Colorado

Il nuovo metodo utilizza il ossido di cobalto-tungsteno (CoWO4 o CWO) e implica un processo di delaminazione. In questo processo, gli ossidi di tungsteno (WO4 2-) vengono sostituiti con acqua (H2O) e gruppi idrossile (OH-). Questo ambiente basico favorisce l'integrazione dell'acqua nella struttura del catalizzatore.

I ricercatori hanno impiegato varie tecniche, come spettroscopie infrarosse, Raman e a raggi X, per analizzare il nuovo materiale durante il suo funzionamento. Hanno scoperto che l'acqua intrappolata e i gruppi idrossilici sono fondamentali per l'attività e la stabilità del materiale. La modellazione della Dott.ssa Hind Benzidi ha rivelato che l'acqua intrappolata contribuisce a mantenere stabile il catalizzatore in condizioni acide.

Il catalizzatore CoWO4 trattato è stato testato in un reattore PEM. Ha raggiunto una densità di corrente di 1 A/cm² e ha mantenuto la stabilità per oltre 600 ore anche a densità di corrente elevate.

Il nuovo catalizzatore funziona molto meglio rispetto ai precedenti che non utilizzavano il iridio. Il team crede che l'aggiunta di acqua e gruppi ossidrilici possa migliorare anche altri materiali. Attualmente, stanno esplorando l'uso di manganese e nichel come alternative.

Il team ha già richiesto un brevetto per il loro nuovo catalizzatore e prevede di produrlo su scala più ampia. Il Prof. García de Arquer ha dichiarato la disponibilità a testare tutti gli elementi necessari. Ranit Ram ha aggiunto che avanzare nell'energia rinnovabile aiuta a combattere il cambiamento climatico. Questa nuova scoperta ci avvicina alla produzione di idrogeno sostenibile senza l'uso di materiali rari come l'iridio.