Un nuovo liquido può semplificare il trasporto e lo stoccaggio dell'idrogeno
Invece di affidarsi a serbatoi ad alta pressione o a liquidi superfreddi, le industrie potrebbero utilizzare vettori di idrogeno stabili e facili da maneggiare a temperatura ambiente
I ricercatori dell'EPFL e dell'Università di Kyoto hanno creato un liquido stabile ricco di idrogeno che si forma mescolando due semplici sostanze chimiche. Questa scoperta potrebbe rendere lo stoccaggio dell'idrogeno più facile, sicuro ed efficiente a temperatura ambiente.
L'idrogeno può essere il carburante pulito del futuro, ma portarlo dal laboratorio alla vita quotidiana non è semplice. La maggior parte dei materiali ricchi di idrogeno sono solidi a temperatura ambiente, oppure diventano liquidi solo in condizioni estreme come l'alta pressione o le temperature di congelamento.
Anche materiali come l'ammoniaca borano, un composto solido ricco di idrogeno che può immagazzinarne molto, sono difficili perché rilasciano idrogeno solo quando vengono riscaldati, producendo spesso sottoprodotti indesiderati.
La realizzazione di un liquido ricco di idrogeno che rimanga stabile a temperature normali potrebbe rendere molto più semplice lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno. In effetti, ci sono stati sforzi per migliorare lo stoccaggio dell'idrogeno modificando la composizione chimica degli attuali materiali di stoccaggio o aggiungendo sostanze che aiutano l'idrogeno a rilasciarsi più facilmente.
Un'area promettente è quella dei solventi eutettici profondi (DES), che sono miscele che fondono a temperature più basse rispetto ai loro ingredienti. Questo è importante per lo stoccaggio dell'idrogeno perché i DES possono trasformare materiali solidi ricchi di idrogeno in liquidi facili da maneggiare a temperature molto più basse. Finora, però, nessuno di questi DES aveva utilizzato componenti idruri, che sono particolarmente ricchi di idrogeno e potrebbero aprire nuove strade per immagazzinare più idrogeno in forma liquida.
Gli scienziati dei gruppi dei professori Andreas Züttel dell'EPFL e Satoshi Horike dell'Università di Kyoto hanno sviluppato il primo esempio di DES a base di idruri: un liquido trasparente e stabile ricco di idrogeno che rimane liquido a temperatura ambiente. Il nuovo DES può contenere fino al 6,9% di idrogeno in peso, superando diversi obiettivi tecnici per lo stoccaggio dell'idrogeno, tra cui quelli fissati per il 2025 dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.
Per produrre il nuovo DES, i ricercatori hanno mescolato fisicamente ammoniaca borano e tetrabutilammonio boroidruro in quantità diverse per determinare quale combinazione (o quali) sarebbe rimasta liquida a temperatura ambiente. Il giusto rapporto (tra il 50% e l'80% di ammoniaca borano) ha prodotto un liquido stabile che è rimasto amorfo, cioè non ha formato cristalli nemmeno a basse temperature.
Utilizzando la spettroscopia, i ricercatori hanno confermato che le molecole hanno formato forti legami a idrogeno, rompendo la loro consueta struttura solida e mantenendo la miscela liquida fino a meno 50°C. I test hanno dimostrato che il nuovo liquido poteva rilasciare idrogeno quando veniva riscaldato a soli 60°C, una temperatura molto inferiore a quella della maggior parte dei solidi ricchi di idrogeno. Ciò significa che l'idrogeno può essere accessibile in modo più facile ed efficiente, rendendo lo stoccaggio e l'uso molto più pratico per le applicazioni reali.
Mescolando l'ammoniaca borano con il tetrabutilammonio boroidruro si ottiene un nuovo liquido ricco di idrogeno che non cristallizza in condizioni normali. La transizione vetrosa, che si riferisce al momento in cui il liquido diventa vetroso, avviene a -50°C, molto meno delle nostre condizioni quotidiane.
La miscela rimane stabile per settimane se mantenuta asciutta e la sua densità è tra le più basse riportate per liquidi simili. Quando viene riscaldata, rilascia idrogeno gassoso puro a temperature relativamente basse senza produrre molte impurità. Solo la parte di ammoniaca borano si rompe per prima, il che significa che parti della miscela potrebbero essere riutilizzate.
Questo nuovo DES potrebbe rendere lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno molto più semplice e sicuro. Invece di affidarsi a serbatoi ad alta pressione o a liquidi superfreddi, le industrie potrebbero utilizzare vettori di idrogeno stabili e facili da maneggiare a temperatura ambiente.
Oltre allo stoccaggio dell'idrogeno, questi risultati potrebbero portare a nuovi liquidi personalizzati per altri usi, come la produzione chimica o l'energia verde. La scoperta apre nuove direzioni sia per la ricerca sull'idrogeno che per la tecnologia energetica pratica.
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