Produzione più efficace di idrogeno "verde" con un nuovo materiale combinato
Secondo i ricercatori dell'Università di Linköping, in Svezia, la reazione chimica per produrre idrogeno dall'acqua è diverse volte più efficace quando si utilizza una combinazione di nuovi materiali a tre strati. L'idrogeno prodotto dall'acqua è una promettente fonte di energia rinnovabile, soprattutto se l'idrogeno viene prodotto utilizzando la luce del sole.
Il materiale è in grado di catturare efficacemente la luce solare in modo che l'energia in esso contenuta possa essere utilizzata per la produzione di idrogeno attraverso la reazione fotochimica di scissione dell'acqua.
Olov Planthaber/Linköping University
La produzione di nuove auto a benzina e diesel sarà vietata nell'UE a partire dal 2035. Si prevede che i motori elettrici diventeranno sempre più comuni nei veicoli, ma non sono adatti a tutti i tipi di trasporto.
"Le autovetture possono avere una batteria, ma i camion pesanti, le navi o gli aerei non possono utilizzare una batteria per immagazzinare l'energia. Per questi mezzi di trasporto, dobbiamo trovare fonti di energia pulite e rinnovabili, e l'idrogeno è un buon candidato", afferma Jianwu Sun, professore associato presso la Linköping University, che ha guidato lo studio pubblicato sul Journal of the American Chemical Society.
I ricercatori della LiU stanno lavorando allo sviluppo di materiali che possano essere utilizzati per produrre idrogeno (H2) dall'acqua (H2O) sfruttando l'energia della luce solare.
Il team di ricerca ha precedentemente dimostrato che un materiale chiamato carburo di silicio cubico (3C-SiC) ha proprietà benefiche per facilitare la reazione in cui l'acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno. Il materiale è in grado di catturare efficacemente la luce solare in modo che l'energia in esso contenuta possa essere utilizzata per la produzione di idrogeno attraverso la reazione fotochimica di scissione dell'acqua.
Nello studio attuale, i ricercatori hanno ulteriormente sviluppato un nuovo materiale combinato. Il nuovo materiale è composto da tre strati: uno strato di carburo di silicio cubico, uno strato di ossido di cobalto e un materiale catalizzatore che aiuta a scindere l'acqua.
È una struttura molto complicata, quindi il nostro obiettivo in questo studio è stato quello di capire la funzione di ogni strato e come contribuisce a migliorare le proprietà del materiale". Il nuovo materiale ha prestazioni otto volte migliori rispetto al carburo di silicio cubico puro per scindere l'acqua in idrogeno", spiega Jianwu Sun.
Quando la luce solare colpisce il materiale, si generano cariche elettriche che vengono poi utilizzate per scindere l'acqua. Una sfida nello sviluppo di materiali per questa applicazione è impedire che le cariche positive e negative si fondano nuovamente e si neutralizzino a vicenda. Nel loro studio, i ricercatori dimostrano che combinando uno strato di carburo di silicio cubico con gli altri due strati, il materiale, noto come Ni(OH)2/Co3O4/3C-SiC, diventa più capace di separare le cariche, rendendo così più efficace la scissione dell'acqua.
Oggi si distingue tra idrogeno "grigio" e "verde". Quasi tutto l'idrogeno presente sul mercato è idrogeno "grigio" prodotto da un combustibile fossile chiamato gas naturale o gas fossile. La produzione di una tonnellata di gas idrogeno "grigio" provoca l'emissione di fino a dieci tonnellate di anidride carbonica, che contribuisce all'effetto serra e al cambiamento climatico. L'idrogeno "verde" viene prodotto utilizzando come fonte di energia l'elettricità rinnovabile.
L'obiettivo a lungo termine dei ricercatori della LiU è quello di poter utilizzare solo l'energia del sole per azionare la reazione fotochimica e produrre idrogeno "verde". La maggior parte dei materiali attualmente in fase di sviluppo ha un'efficienza compresa tra l'1 e il 3 percento, ma per la commercializzazione di questa tecnologia dell'idrogeno verde l'obiettivo è un'efficienza del 10 percento. Riuscire a pilotare completamente la reazione utilizzando l'energia solare ridurrebbe il costo di produzione dell'idrogeno "verde", rispetto a quello della produzione di energia elettrica rinnovabile supplementare, come avviene con la tecnologia utilizzata oggi. Jianwu Sun ipotizza che il team di ricerca potrebbe impiegare dai cinque ai dieci anni per sviluppare materiali che raggiungano l'agognato limite del 10 percento.
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Pubblicazione originale
Hui Zeng, Satoru Yoshioka, Weimin Wang, Zhongyuan Han, Ivan G. Ivanov, Hongwei Liang, Vanya Darakchieva, Jianwu Sun; "Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting"; Journal of the American Chemical Society, Volume 147, 2025-4-17
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