Ricercatori hanno combinato la potenza del sole, del vento e del mare per produrre idrogeno.
di Lisa Ovi
Ricercatori della Penn State hanno integrato tecnologie di purificazione dell’acqua nella progettazione di un prototipo di elettrolizzatore dell’acqua di mare, un dispositivo capace di utilizzare una corrente elettrica per separare l’idrogeno e l’ossigeno nelle molecole d’acqua. I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Energy & Environmental Science.
L’idrogeno non è solo l’elemento più abbondante in tutto l’Universo, ma anche un ottimo carburante che produce energia senza emettere CO2 o altre sostanze inquinanti. Sul nostro pianeta, però, è da produrre, in quanto lo si trova solo in forma ossidata, ovvero acqua.
L’acqua è uno degli elementi più preziosi per la vita e lo studio di processi di desalinizzazione necessari a fare uso dell’acqua marina interessano svariate industrie oltre a presentare possibili soluzioni per i paesi colpiti da siccità.
Usare l’acqua di mare per la produzione di idrogeno significherebbe non incidere su risorse spesso a rischio. Porrebbe inoltre gli impianti di produzione dell’idrogeno in prossimità di fonti di energia rinnovabile come vento, sole e onde, di cui sono ricchi gli ambienti costieri e offshore.
Nonostante l’abbondanza di acqua di mare sulla Terra, il suo utilizzo in un elettrolizzatore è ostacolato dalla presenza di ioni cloruro. Questi, infatti, si trasformano in gas cloro tossico che degrada l’apparecchiatura e penetra nell’ambiente. Per impedire che questo avvenga, i ricercatori hanno inserito una sottile membrana semipermeabile, originariamente sviluppata per purificare l’acqua nel processo di trattamento dell’osmosi inversa (RO). La membrana RO ha sostituito la membrana a scambio ionico comunemente utilizzata negli elettrolizzatori.
In un elettrolizzatore, l’acqua di mare non sarebbe più spinta attraverso la membrana RO, ma contenuta da essa. Una membrana viene utilizzata per aiutare a separare le reazioni che si verificano vicino a due elettrodi sommersi – un anodo caricato positivamente e un catodo caricato negativamente – collegati da una fonte di alimentazione esterna.
Quando l’alimentazione viene attivata, le molecole d’acqua iniziano a dividersi in corrispondenza dell’anodo, rilasciando minuscoli ioni di idrogeno chiamati protoni e creando ossigeno gassoso. I protoni passano quindi attraverso la membrana e si combinano con gli elettroni al catodo per formare idrogeno gassoso. Con la membrana RO inserita, l’acqua di mare viene trattenuta sul lato catodico e gli ioni cloruro sono troppo grandi per passare attraverso la membrana e raggiungere l’anodo, scongiurando la produzione di cloro gassoso.
Nel caso della scissione dell’acqua, altri sali vengono intenzionalmente dissolti in essa per renderla conduttiva. La membrana a scambio ionico, che filtra gli ioni per carica elettrica, consente il passaggio degli ioni di sale. La membrana RO no. I ricercatori hanno dovuto verificare che il loro dispositivo permettesse abbastanza movimento di protoni da mantenere un’elevata corrente elettrica.
Sotto la guida di Bruce Logan, professore di ingegneria ambientale della Penn State, i ricercatori hanno testato due membrane RO disponibili in commercio e due membrane a scambio cationico, un tipo di membrana a scambio ionico che consente il movimento di tutti gli ioni caricati positivamente nel sistema. Ciascuna è stata testata per la resistenza al movimento ionico, la quantità di energia necessaria per completare le reazioni, la produzione di idrogeno e ossigeno, l’interazione con gli ioni cloruro e il deterioramento.
Laddove una membrana RO si è rivelata inefficiente, l’altra si è comportata meglio delle membrane a scambio cationico. I ricercatori devono ora scoprire i perchè di una tale differenza tra le due membrane RO e, proprio a questo scopo, hanno recentemente ricevuto una sovvenzione di $300.000 dalla National Science Foundation (NSF) per continuare a indagare sull’elettrolisi dell’acqua di mare, nella speranza che questa ricerca svolga un ruolo fondamentale nella riduzione delle emissioni di anidride carbonica in tutto il mondo.
