Le materie prime critiche provenienti dagli elettrolizzatori vengono reimmesse nel ciclo
I ricercatori riescono a riciclare i materiali funzionali per la produzione di idrogeno
L'idrogeno svolge un ruolo centrale nella transizione energetica. Il gas viene prodotto principalmente con l'aiuto di elettrolizzatori. Questo processo richiede materie prime critiche come i metalli del gruppo del platino, le terre rare o il nichel come catalizzatori. I ricercatori dell'Istituto Helmholtz Freiberg per la tecnologia delle risorse (HIF), un istituto dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), sono ora riusciti a recuperare questi materiali funzionali utilizzando processi innovativi di flottazione e separazione liquido-liquido delle particelle, restituendoli così al ciclo dei materiali. La ricerca fa parte del progetto H2Giga del Ministero federale tedesco dell'Istruzione e della Ricerca (BMBF), che studia la longevità e la riciclabilità degli elettrolizzatori di idrogeno.
Illustrazione schematica dei metodi di separazione
Sohyun Ahn
L'idrogeno è considerato una fonte di energia pulita che può contribuire a ridurre le emissioni di CO2. L'attenzione è rivolta in particolare all'idrogeno verde, che viene prodotto attraverso l'elettrolisi dell'acqua utilizzando energie rinnovabili come l'energia eolica e solare. L'idrogeno è utilizzato nell'industria, ad esempio come materia prima per la produzione di prodotti chimici e acciaio, e nel settore dei trasporti, dove viene utilizzato come carburante per i veicoli a celle a combustibile. L'idrogeno può anche essere utilizzato per immagazzinare l'energia in eccesso proveniente da fonti rinnovabili, diventando così un elemento importante per un futuro energetico sostenibile e rispettoso del clima. Secondo la strategia nazionale per l'idrogeno, nel 2030 la Germania avrà bisogno di 95-135 terawattora di idrogeno.
Per produrre idrogeno si possono utilizzare diversi processi, uno dei quali è l'elettrolisi dell'acqua: l'acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno utilizzando una corrente elettrica. I catalizzatori dell'elettrolizzatore sono costituiti da metalli critici, i cosiddetti materiali funzionali. Gli elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM) utilizzano principalmente metalli del gruppo del platino, come platino, iridio e palladio. Gli elettrolizzatori ad alta temperatura utilizzano terre rare e nichel. Queste materie prime critiche devono essere assicurate. I ricercatori dell'HIF stanno lavorando a questo progetto sotto la guida della TU Bergakademie Freiberg nell'ambito del progetto ReNaRe.
ReNaRe è l'acronimo di Recycling - Sustainable Resource Utilization (Riciclaggio - Utilizzo sostenibile delle risorse) e fa parte del progetto faro H2Giga. Per attuare la strategia nazionale sull'idrogeno, il BMBF ha istituito tre progetti faro per l'ingresso della Germania nell'economia dell'idrogeno. Uno di questi è H2Giga, che si concentra sulla produzione in serie di elettrolizzatori di idrogeno. ReNaRe si concentra sulla fine del ciclo di vita degli elettrolizzatori, al fine di reinserire i materiali utilizzati, in particolare i metalli critici, nel ciclo dei materiali.
"Ci occupiamo del riciclaggio di elettrolizzatori PEM e ad alta temperatura, poiché sono facili da smontare. Utilizziamo tecniche di separazione delle particelle ultrafini per recuperare i materiali funzionali. Questo perché i materiali critici dell'anodo e del catodo sono presenti come particelle sottili. La loro dimensione corrisponde a circa un centesimo di un capello umano. La separazione liquido-liquido delle particelle e la flottazione per agglomerazione si sono dimostrate adatte per separare i materiali funzionali. L'estrazione di particelle ultrafini utilizza un sistema di circolazione sostenibile solvente-acqua per la separazione efficace dei catalizzatori catodici idrofobici, cioè idrorepellenti, e dei catalizzatori anodici idrofili (che attirano l'acqua). La flottazione di agglomerazione complementare utilizza un legante idrofobico innovativo e sostenibile per consentire l'agglomerazione delle particelle in una massa uniforme. Il legante si basa su una speciale tecnologia di emulsione, ovvero una miscela di olio e acqua con un contenuto d'acqua molto elevato, che agglomera selettivamente le particelle ultrafini idrofobe. Ciò consente la separazione delle particelle ultrafini idrofile tramite l'adesione alle bolle di gas e lo scarico nella schiuma", spiega Sohyun Ahn, dottorando presso l'HIF, descrivendo la procedura. Con entrambi i processi, siamo riusciti a recuperare fino al 90% dei materiali funzionali critici e a reinserirli nel ciclo dei materiali". Un passo importante verso il funzionamento dell'elettrolisi dell'idrogeno in modo economico e sostenibile".
Nell'ambito del progetto, i ricercatori stanno ora sviluppando uno schema di processo adeguato che consenta il riciclaggio su scala tecnica e sia adattabile agli sviluppi tecnologici attuali e futuri. Inoltre, sono in corso valutazioni tecnologiche sotto forma di analisi del ciclo di vita e analisi tecno-economiche per quantificare i benefici del riciclo in termini di sostenibilità ed efficienza dei costi.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Sohyun Ahn, Suvarna Patil, Martin Rudolph; "Ultrafine Particle Recycling─Efficiency of the Hydrophobic Double Emulsion Technique for the Selective Agglomeration and Froth Flotation of Ultrafine Cathode Catalyst Particles from PEM Water Electrolyzers"; ACS Engineering Au, Volume 5, 2024-12-20
Sohyun Ahn, Suvarna Patil, Martin Rudolph; "Influence of surfactants on selective mechanical separation of fine active materials used in high temperature electrolyzers contributing to circular economy"; Industrial Chemistry & Materials, Volume 2, 2024
Sohyun Ahn, Martin Rudolph; "Development of Fine Particle Mechanical Separation Processes with Representative Catalyst Materials for Recycling PEM Water Electrolyzers Exploiting their Wetting Characteristics"; ChemCatChem, Volume 16, 2023-12-15
Altre notizie dal dipartimento scienza
