Una collaborazione guidata dalla Cornell University ha colpito la trifecta della tecnologia di sostenibilità: il gruppo ha sviluppato un metodo a basso costo per produrre idrogeno “verde” senza carbonio attraverso l’elettrolisi a energia solare dell’acqua di mare. Un felice sottoprodotto del processo? Acqua potabile.
Il dispositivo Hybrid Solar Distillation-Water-Water Elettrolisi (HSD-We), riportato il 9 aprile in Energia e scienze ambientaliattualmente produce 200 millilitri di idrogeno all’ora con efficienza energetica del 12,6% direttamente dall’acqua di mare alla luce solare naturale.
I ricercatori stimano che entro 15 anni la tecnologia potrebbe ridurre il costo della produzione di idrogeno verde a $ 1 per chilogrammo, un passo chiave per raggiungere le emissioni nette-zero entro il 2050.
“L’acqua e l’energia sono entrambi criticamente necessarie per la nostra vita quotidiana, ma in genere, se vuoi produrre più energia, devi consumare più acqua”, ha dichiarato Lenan Zhang, professore associato e protagonista. “D’altra parte, abbiamo bisogno di acqua potabile, perché i due terzi della popolazione globale stanno affrontando la scarsità d’acqua. Quindi, c’è un collo di bottiglia nella produzione di idrogeno verde e questo si riflette nel costo.”
L’idrogeno verde è prodotto dalla suddivisione delle molecole d’acqua “alta purezza” – cioè deionizzati – in idrogeno e ossigeno attraverso l’elettrolisi. I risultati ad alto costo dall’enorme quantità di acqua pulita richiede dal processo; Il costo della produzione di idrogeno verde può essere circa 10 volte superiore a quello dell’idrogeno normale.
“Ecco perché abbiamo inventato questa tecnologia”, ha detto Zhang. “Abbiamo pensato: ‘OK, qual è la risorsa più abbondante sulla terra?’ L’acqua solare e di mare sono sostanzialmente risorse infinite e anche risorse gratuite “.
Lavorando con ricercatori della MIT, della Johns Hopkins University e della Michigan State University, il team di Zhang ha ideato un dispositivo prototipo di 10 centimetri che sfrutta uno degli svantaggi del fotovoltaico: la loro efficienza relativamente bassa. La maggior parte delle celle fotovoltaiche può convertire fino a circa il 30% dell’energia solare in elettricità e il resto si dissipa come calore dei rifiuti. Ma il dispositivo del team è in grado di sfruttare la maggior parte di quei rifiuti di calore e lo usa per riscaldare l’acqua di mare fino a quando non evapora.
“Fondamentalmente, la luce solare a lunghezza d’onda corta interagisce con la cella solare per generare elettricità e la luce della lunghezza d’onda più lunga genera il calore dei rifiuti per alimentare la distillazione dell’acqua di mare”, ha detto Zhang. “In questo modo, tutta l’energia solare può essere completamente usata. Nulla viene sprecato.”
Una volta che l’acqua di mare evapora, il sale viene lasciato indietro e il vapore desalinizzato si condensa in acqua pulita, che passa attraverso un elettrolizzatore che divide le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno.
Zhang vede il potenziale di incorporare la tecnologia nelle aziende agricole solari per raffreddare i pannelli fotovoltaici, il che migliorerebbe la loro efficienza e prolungherebbe la loro durata.
“Vogliamo evitare l’emissione di carbonio, evitare l’inquinamento. Ma nel frattempo, ci preoccupiamo anche del costo, perché il costo inferiore che abbiamo, maggiore potenziale di mercato per l’adozione su larga scala”, ha affermato. “Riteniamo che ci sia un enorme potenziale per l’installazione futura”.
La ricerca è stata supportata dalla National Science Foundation.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com