I ricercatori segnalano un nuovo metodo che riduce del 95% la quantità di iridio necessaria per produrre idrogeno dall’acqua, senza alterare il tasso di produzione dell’idrogeno. Questa svolta potrebbe rivoluzionare la nostra capacità di produrre idrogeno ecologico e contribuire a inaugurare un’economia dell’idrogeno a zero emissioni di carbonio. Mentre il mondo sta passando da un’economia energetica basata sui combustibili fossili, molti scommettono sull’idrogeno per diventare la valuta energetica dominante. Ma produrre idrogeno “verde” senza utilizzare combustibili fossili non è ancora possibile nella scala di cui abbiamo bisogno perché richiede iridio, un metallo estremamente raro. In uno studio pubblicato il 10 maggio a Scienza, i ricercatori guidati da Ryuhei Nakamura del RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) in Giappone riferiscono di un nuovo metodo che riduce del 95% la quantità di iridio necessaria per la reazione, senza alterare la velocità di produzione dell’idrogeno. Questa svolta potrebbe rivoluzionare la nostra capacità di produrre idrogeno ecologico e contribuire a inaugurare un’economia dell’idrogeno a zero emissioni di carbonio.
Con il 70% della superficie mondiale ricoperta d’acqua, l’idrogeno è davvero una fonte di energia rinnovabile. Tuttavia, l’estrazione dell’idrogeno dall’acqua su una scala che possa competere con la produzione di energia basata sui combustibili fossili non è ancora possibile. L’attuale produzione globale di energia è di quasi 18 terawatt, il che significa che in ogni dato momento vengono prodotti in media circa 18 trilioni di watt di energia in tutto il mondo. Affinché i metodi verdi alternativi di produzione di energia possano sostituire i combustibili fossili, devono essere in grado di raggiungere gli stessi tassi di produzione di energia.
Il modo ecologico per estrarre l’idrogeno dall’acqua è una reazione elettrochimica che richiede un catalizzatore. I migliori catalizzatori per questa reazione – quelli che producono la velocità più alta e la produzione di idrogeno più stabile – sono metalli rari, tra cui l’iridio è il migliore del meglio. Ma la scarsità di iridio è un grosso problema. “L’iridio è così raro che si stima che per aumentare la produzione globale di idrogeno fino alla scala dei terawatt siano necessari 40 anni di iridio”, afferma il co-primo autore Shuang Kong.
Il gruppo di ricerca sui catalizzatori biofunzionali del RIKEN CSRS sta cercando di aggirare il collo di bottiglia dell’iridio e trovare altri modi per produrre idrogeno a ritmi elevati per lunghi periodi di tempo. A lungo termine, sperano di sviluppare nuovi catalizzatori basati sui comuni metalli terrestri, che saranno altamente sostenibili. In effetti, il team è recentemente riuscito a stabilizzare la produzione di idrogeno verde a un livello relativamente alto utilizzando una forma di ossido di manganese come catalizzatore. Tuttavia, per raggiungere una produzione di livello industriale in questo modo occorreranno ancora anni.
“Abbiamo bisogno di un modo per colmare il divario tra gli elettrolizzatori a base di metalli rari e quelli comuni, in modo da poter effettuare una transizione graduale nel corso di molti anni verso l’idrogeno verde completamente sostenibile”, afferma Nakamura. Lo studio attuale fa proprio questo combinando il manganese con l’iridio. I ricercatori hanno scoperto che quando distribuivano singoli atomi di iridio su un pezzo di ossido di manganese in modo che non si toccassero o si aggregassero tra loro, la produzione di idrogeno in un elettrolizzatore con membrana a scambio protonico (PEM) veniva sostenuta alla stessa velocità di quando si utilizzava solo iridio, ma con il 95% in meno di iridio.
Con il nuovo catalizzatore, la produzione continua di idrogeno è stata possibile per oltre 3.000 ore (circa 4 mesi) con un’efficienza dell’82% senza degradazione. “L’inaspettata interazione tra ossido di manganese e iridio è stata la chiave del nostro successo”, afferma il coautore Ailong Li. “Questo perché l’iridio risultante da questa interazione era nel raro e altamente attivo stato di ossidazione +6.”
Nakamura ritiene che il livello di produzione di idrogeno raggiunto con il nuovo catalizzatore abbia un alto potenziale di utilità immediata. “Ci aspettiamo che il nostro catalizzatore possa essere facilmente trasferito ad applicazioni del mondo reale”, afferma, “il che aumenterà immediatamente la capacità degli attuali elettrolizzatori PEM”.
Il team ha iniziato a collaborare con partner dell’industria, che sono già riusciti a migliorare il catalizzatore iniziale di iridio-manganese. Andando avanti, i ricercatori del RIKEN CSRS intendono continuare a studiare l’interazione chimica specifica tra iridio e ossido di manganese, con la speranza di ridurre ulteriormente la quantità di iridio necessaria. Allo stesso tempo, continueranno a collaborare con partner industriali e pianificano di implementare e testare il nuovo catalizzatore su scala industriale nel prossimo futuro.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
