Attualmente il sistema più popolare utilizzato per l’elettrolisi dell’acqua si basa su metalli preziosi come catalizzatori, ma un team di ricerca, tra cui alcuni scienziati del Los Alamos National Laboratory e della Washington State University, ha sviluppato un sistema che utilizza materiali più facilmente reperibili e a costi inferiori.
di Renzo Pieroni
L’uso dell’energia solare ed eolica quando è disponibile per l’elettrolisi, un processo che utilizza l’elettricità per dividere H2O in idrogeno e ossigeno, rappresenta un modo per immagazzinare energia sotto forma di idrogeno. Come descritto su un articolo pubblicato su “Nature Energy” il 9 marzo, “l’attuale sistema di elettrolisi dell’acqua utilizza un catalizzatore molto costoso. Nel nostro sistema, invece, utilizziamo un catalizzatore a base di nichel-ferro, che è molto più economico, ma le cui prestazioni sono paragonabili. Abbiamo segnalato uno ionomero a scambio anionico arricchito con ammonio che migliora le prestazioni di un elettrolizzatore AEM a livelli che si avvicinano a quelli di elettrolizzatori a membrana a scambio di protoni all’avanguardia”, ha affermato Yu Seung Kim, ricercatore presso il Los Alamos National Laboratory e autore del documento.
Oggi la maggior parte della scissione dell’acqua viene condotta utilizzando un apparecchio chiamato elettrolizzatore d’acqua a membrana a scambio protonico, che genera idrogeno ad un alto tasso di produzione. È costoso e funziona in condizioni molto acide e richiede catalizzatori di metalli preziosi come platino e iridio, nonché piastre metalliche resistenti alla corrosione in titanio.
Come riportato su “WSU Insider”, il team di ricerca ha lavorato per risolvere questo problema suddividendo l’acqua in condizioni alcaline o basiche con un elettrolizzatore a membrana a scambio anionico.
Questo tipo di elettrolizzatore non ha bisogno di un catalizzatore basato su metalli preziosi. In effetti, un team guidato da Yuehe Lin, professore alla School of Mechanical and Materials Engineering della WSU, ha creato un catalizzatore basato su nichel e ferro, elementi che sono meno costosi e più abbondanti nell’ambiente.
Il team di Lin ha condiviso il suo sviluppo con Kim a Los Alamos, il cui team a sua volta ha sviluppato il legante per elettrodi da utilizzare con il catalizzatore. La combinazione del legante per elettrodi sviluppato da Los Alamos e del catalizzatore della WSU ha aumentato la velocità di produzione dell’idrogeno di quasi dieci volte rispetto a quella dei precedenti elettrolizzatori a membrana a scambio anionico, rendendola paragonabile a quella del più costoso elettrolizzatore a membrana a scambio protonico.
Secondo il Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti, ogni anno, negli Stati Uniti, vengono prodotti circa 10 milioni di tonnellate di idrogeno, principalmente utilizzando il gas naturale in un processo chiamato reforming del gas naturale. L’idrogeno prodotto da un processo di scissione dell’acqua che è alimentato dall’elettricità da energia rinnovabile offre, come sostenuto da Lin, molti vantaggi economici e ambientali.
Come sostiene Lin, che ha contribuito alla stesura del documento, la divisione dell’acqua è una tecnologia pulita, ma per ottenerla è necessaria l’elettricità. La disponibilità di eolico e solare non risolve il problema dell’intermittenza. Per esempio, di notte, si può usare il solare, ma se durante il giorno si potesse usare energia extra per convertirlo in qualcos’altro, come l’idrogeno, si aprirebbe una prospettiva molto promettente.
Come dimostrato dall’esperienza di una serie di piccole isole nel nord della Scozia, le Orcadi, il combustibile a idrogeno può essere un alleato formidabile nella lotta contro i cambiamenti climatici perché è a emissioni zero di carbonio, anche se la sua produzione ha dei costi ambientali. L’alternativa appunto è l’elettrolisi che può usare l’eccesso di elettricità prodotta con il solare o l’eolico. L’elettrolisi oggi dà conto solo del 2 per cento dell’attuale produzione di idrogeno, in buona parte perché la maggior parte delle nazioni non ha “rimanenze” di elettricità.
Questo discorso non vale per le isole Orcadi. L’intera domanda di elettricità delle isole viene soddisfatta dalle energie rinnovabili. Per questa ragione si sono posti il problema di come utilizzare l’energia in eccesso. La risposta è stata la produzione di idrogeno, che viene utilizzato per fornire energia alle imbarcazioni, per riscaldare le scuole e per i trasporti. Ora stanno pensando di usarlo per il primo esperimento di traghetto marittimo a idrogeno.
Il mercato globale della generazione dell’idrogeno è in espansione e dovrebbe raggiungere i 199,1 miliardi di dollari entro il 2023. Questo settore dell’economia coinvolge diverse parti interessate quali fornitori di celle a combustibile, chi realizza prodotti finali e utenti finali nella catena di approvvigionamento.
Il lato della domanda di questo mercato è caratterizzato dalle sue applicazioni come la raffineria di petrolio, la produzione di ammoniaca, la produzione di metanolo, i trasporti e la produzione di energia. Il lato dell’offerta è caratterizzato da progressi nella tecnologia delle celle a combustibile come celle a combustibile a ossidi solidi, produzione rinnovabile di idrogeno attraverso l’elettrolisi e le sue diverse applicazioni. Lin stima, infine, che circa 600 parchi eolici negli Stati Uniti siano pronti a sfruttare direttamente i sistemi di elettrolisi dell’acqua.
Immagine: Idrogeno, Wikimedia Commons
(rp)
