È stata sviluppata una tecnologia innovativa che consente la produzione di idrogeno verde in modo più economico e rispettoso dell’ambiente, avvicinandoci a una società a zero emissioni di carbonio sostituendo i costosi catalizzatori di metalli preziosi.
Guidato dal professor Jungki Ryu della Scuola di ingegneria energetica e chimica dell’UNIST e dal professor Dong-Hwa Seo del dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali del KAIST, un gruppo di ricerca congiunto ha sviluppato con successo un catalizzatore di elettrolisi dell’acqua bifunzionale per l’alta efficienza e produzione stabile di idrogeno verde di elevata purezza.
Il catalizzatore di nuova concezione presenta una durata eccezionale anche in ambienti acidi altamente corrosivi. Utilizzando rutenio, silicio e tungsteno (RuSiW), il catalizzatore è più conveniente rispetto ai tradizionali catalizzatori al platino (Pt) o all’iridio (Ir). Inoltre, emette significativamente meno gas serra, rendendolo un’alternativa ecologica.
L’elettrolisi dell’acqua è una tecnologia all’avanguardia che produce idrogeno attraverso il processo di elettrolisi dell’acqua. È considerata una tecnologia chiave per realizzare una società a zero emissioni di carbonio poiché consente la produzione di idrogeno rispettoso dell’ambiente senza emissioni di carbonio.
Il gruppo di ricerca si è concentrato sulla ricerca di alternative ai catalizzatori di metalli preziosi come il platino e l’iridio, che mostrano stabilità in condizioni acide. Il rutenio ha attirato l’attenzione come metallo ecologico grazie al suo costo di produzione relativamente basso e alle emissioni di gas serra significativamente inferiori rispetto al platino e all’iridio. Tuttavia, ha dovuto affrontare sfide nella commercializzazione a causa della sua attività catalitica inferiore rispetto al platino e della stabilità inferiore rispetto all’iridio.
Per superare queste limitazioni, il gruppo di ricerca ha sviluppato un catalizzatore a base di rutenio, silicio e tungsteno. Migliorando la funzione del catalizzatore di rutenio, che ha una stabilità inferiore sia nella reazione di evoluzione dell’idrogeno (HER) che nella reazione di evoluzione dell’ossigeno (OER), il team ha dimostrato il potenziale del catalizzatore come catalizzatore bifunzionale.
Il catalizzatore sviluppato presenta una struttura drogata con tungsteno e silicio attorno a un atomo di rutenio. La capacità di accelerazione della reazione del catalizzatore è stata migliorata aumentando l’intensità di adsorbimento dei protoni sulla superficie del catalizzatore. Presenta un’attività più elevata nella reazione di sviluppo dell’idrogeno rispetto ai catalizzatori al platino disponibili in commercio. Inoltre, una sottile pellicola di tungsteno con uno spessore di 5~10 nm protegge il sito catalitico del rutenio, migliorandone così la stabilità.
Il gruppo di ricerca ha condotto un esperimento di stabilità sul catalizzatore. Utilizzando un elettrolita acido (con un’acidità di 0,3), hanno iniettato 10 mA di corrente in un 1? elettrodo. Il catalizzatore sviluppato ha dimostrato prestazioni stabili anche dopo aver funzionato per oltre 100 ore.
Il professor Ryu ha dichiarato: “Lo sviluppo di questo catalizzatore a tre elementi è significativo in quanto ha il potenziale per sostituire simultaneamente i costosi platino e iridio. Si prevede che sarà applicato a sistemi di produzione di idrogeno verde di elevata purezza, come gli elettrolizzatori PEM, poiché può essere sintetizzato facilmente e stabilmente anche in condizioni acide altamente corrosive.”
La ricerca ha coinvolto la collaborazione del Dr. Dasom Jean (Scuola di Ingegneria Energetica e Chimica, UNIST), del Dr. Dong Yon Kim (Dipartimento di Ingegneria dei Nuovi Materiali, KAIST) e del Dr. Hiongoo Kim (Scuola di Ingegneria Energetica e Chimica, UNIST ) che hanno partecipato come primi autori.
Questa ricerca ha ricevuto il sostegno della Korea Research Foundation del Ministero della Scienza e dell’ICT, del progetto Regional Innovation Leading Research Center (RLRC) e del National Supercomputing Center (KISTI).
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
