La tecnologia potrebbe essere utilizzata per alimentare le celle a combustibile delle auto

Si può estrarre idrogeno dall’acqua con una semplice batteria da 1,5 volt [VIDEO]

Gli scienziati della Stanford University: «Un dispositivo a basso costo e a emissioni zero»

[25 agosto 2014]

Carsicamente il sogno dell’economia a idrogeno torna a animare il dibattito sul futuro prossimo dell’energia, ma ancora non è riuscito a trasformarsi in una tecnologia concreta per l’applicazione industriale su larga scala. I ricercatori da ogni angolo del mondo però non demordono, e stavolta il prodotto che sono riusciti a realizzare presenta ampi margini di crescita.

Mark Shwartz, un esperto di tecnologia energetica del Precourt Institute for Energy della Stanford University, scrive che «nel 2015, i consumatori americani potranno finalmente acquistare auto a celle a combustibile della Toyota e di altri produttori», ma evidenzia: «Anche se presentati come veicoli a emissioni zero, la maggior parte delle auto andrà a idrogeno prodotto dal gas naturale, un combustibile fossile che contribuisce al global warming». Il problema potrebbe essere risolto dai risultati dello studio “Nanoscale nickel oxide/nickel heterostructures for active hydrogen evolution electrocatalysis”, pubblicato su Nature Communications da un team di ricercatori statunitensi, canadesi e di Taiwan, ma quasi tutti di origine asiatica.

Il team, guidato daHongjie Dai del Dipartimento di chimica della Stanford University, ha sviluppato un dispositivo a basso costo, a “emissioni zero”, che utilizza una semplice batteria per produrre idrogeno per elettrolisi dell’acqua. La batteria invia una corrente elettrica attraverso due elettrodi che scindono l’acqua liquida in idrogeno e ossigeno gassosi e alla Stanford spiegano che a differenza di altri “water splitter” che utilizzano catalizzatori di metalli preziosi, gli elettrodi del nuovo dispositivo sono fatti di nichel e ferro.

Hongjie Dai sottolinea: «Utilizzando nichel e ferro, che sono materiali a basso costo, siamo stati in grado di rendere gli elettrocatalizzatori abbastanza attivi da scindere l’acqua a temperatura ambiente con una singola batteria da 1,5 volt. Questa è la prima volta che qualcuno ha utilizzato catalizzatori metallici non preziosi per scindere l’acqua a bassa tensione. E’ davvero notevole, perché normalmente sono necessari  metalli costosi, come il platino o l’iridio, per averlo a questo voltaggio. Oltre a produrre idrogeno, il “water splitter” potrebbe essere utilizzato per produrre gas di cloro e idrossido di sodio, una importante sostanza chimica industriale».

Le imprese automobilistiche da tempo vedono nelle celle a combustibile ad idrogeno una promettente alternativa al motore a combustibili fossili. Si tratta di  una tecnologia che combina l’idrogeno nel serbatoio con l’ossigeno per produrre energia elettrica, che alimenta l’auto e che ha come unico sottoprodotto è l’acqua e non la CO2.

«All’inizio di quest’anno – scrive Shwartz, sul sito della Stanfdord –  la Hyundai ha deciso di noleggiare veicoli a celle a combustibile nel sud della California. Toyota e Honda inizieranno a vendere automobili a celle a combustibile nel 2015 La maggior parte di questi veicoli possono andare con carburante prodotto in grandi impianti industriali che producono idrogeno attraverso la combinazione di vapore molto caldo e gas naturale, un processo ad alta intensità energetica che rilascia anidride carbonica come sottoprodotto. Lo splitting water per produrre idrogeno non richiede combustibili fossili e non emette gas serra. Ma gli scienziati devono ancora sviluppare un “water splitter” affidabile, con catalizzatori in grado di lavorare a livelli  industriali».

Dai evidenzia che «C’è voluta una ricerca costante per decenni per fare elettrocatalizzatori a basso costo, con alta attività e lunga durata. Quando abbiamo scoperto che un catalizzatore a base di nichel è efficace come il platino, è stata una completa sorpresa».

La scoperta è stata fatta da Ming Gong, uni studente di chimica della Stanford,  co-autore dello studio. «Ming ha scoperto una struttura in nichel-metallo/nichel-ossido, che risulta essere più attiva del puro metallo nichelato o solo ossido del metallo di nichel. La notizia di questa struttura favorisce l’elettrocatalisi dell’idrogeno, ma ancora non comprendiamo appieno su quale principio scientifico si basi» dice Dai.

Il catalizzatore nichel/nichel-ossido riduce significativamente la tensione necessaria per scindere l’acqua, il che potrebbe far risparmiare miliardi di dollari in costi di energia elettrica ai produttori di idrogeno  e Gong aggiunge che il suo prossimo obiettivo è quello di migliorare la durata del dispositivo: «Gli elettrodi sono abbastanza stabili, ma nel tempo decadono lentamente. L’attuale dispositivo probabilmente funziona per  giorni, ma sarebbe preferibile lo facesse per settimane o mesi. In base ai miei risultati più recenti, questo  obiettivo è realizzabile». I ricercatori hanno in programma anche di sviluppare uno “water splitter” che funzioni ad energia fotovoltaica.

Dai conclude: «L’idrogeno è un combustibile ideale per l’alimentazione di veicoli, edifici e lo stoccaggio di energia rinnovabile sulla rete. Siamo molto contenti di essere riusciti a realizzare un catalizzatore che è molto attivo ed a basso costo. Questo dimostra che, attraverso l’ingegneria su scala nanometrica dei materiali, possiamo davvero fare la differenza nel modo in cui produciamo i combustibili e consumiamo energia».

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  • Stanford scientists develop low-cost water splitter