Gli scienziati usano la luce solare e il metallo liquido per produrre idrogeno pulito dall'acqua
Il nuovo processo aggira le precedenti limitazioni dell'elettrolisi
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I ricercatori hanno creato un processo che utilizza metalli liquidi, alimentati dalla luce solare, in grado di produrre idrogeno pulito sia dall'acqua dolce che dall'acqua di mare. Il metodo consente ai ricercatori di "raccogliere" le molecole di idrogeno dall'acqua evitando molti dei limiti degli attuali metodi di produzione dell'idrogeno. Offre una nuova via di esplorazione per la produzione di idrogeno verde come fonte di energia sostenibile.
Gallio
Philip Ritchie
L'idrogeno come combustibile energetico verde è da tempo al centro dell'attenzione di innumerevoli scienziati e industrie. Da decenni i ricercatori sono alla ricerca del metodo più economico per produrre idrogeno verde in modo affidabile per alimentare l'energia, i trasporti, l'industria manifatturiera e l'agricoltura, trasformando la produzione in diversi settori dell'economia globale.
"Ora abbiamo un modo per estrarre idrogeno sostenibile, utilizzando l'acqua di mare, che è facilmente accessibile e si basa esclusivamente sulla luce per la produzione di idrogeno verde", ha detto l'autore principale e dottorando Luis Campos.
Il ricercatore senior, il professor Kourosh Kalantar-Zadeh, della Scuola di Ingegneria Chimica e Biomolecolare, afferma che lo studio è una straordinaria dimostrazione di come la chimica naturale dei metalli liquidi possa creare idrogeno. Il suo team ha prodotto idrogeno con un'efficienza massima del 12,9% e sta attualmente lavorando per migliorare l'efficienza in vista della commercializzazione.
"Per il primo proof-of-concept, riteniamo che l'efficienza di questa tecnologia sia altamente competitiva. Per esempio, le celle solari a base di silicio hanno iniziato con il 6% negli anni '50 e non hanno superato il 10% fino agli anni '90".
"L'idrogeno offre una soluzione energetica pulita per un futuro sostenibile e potrebbe svolgere un ruolo centrale nel vantaggio internazionale dell'Australia in un'economia dell'idrogeno", afferma il co-capo progetto, il dottor Francois Allioux.
Il cuore della tecnologia è il gallio, un metallo con un basso punto di fusione che richiede meno energia per passare da solido a liquido. Il team del professor Kalantar-Zadeh ha spinto per anni i confini chimici e tecnici dei metalli liquidi per creare nuovi materiali. La capacità delle particelle di gallio di assorbire la luce ha attirato la loro attenzione.
Il risultato di questa scoperta è stata una tecnologia che utilizza un processo chimico circolare: le particelle di gallio vengono sospese in acqua di mare o in acqua dolce e attivate alla luce del sole o alla luce artificiale. Il gallio reagisce con l'acqua per diventare ossidrossido di gallio e rilasciare idrogeno.
"Dopo aver estratto l'idrogeno, l'ossidrossido di gallio può essere ridotto in gallio e riutilizzato per la produzione futura di idrogeno - un processo che definiamo circolare", spiega il professor Kalantar-Zadeh.
Il gallio allo stato liquido è un elemento affascinante. A temperatura ambiente sembra un metallo solido, ma quando viene riscaldato a temperatura corporea si trasforma in pozze metalliche liquide.
Campos ha detto che la superficie del gallio liquido è chimicamente "non appiccicosa" e la maggior parte dei materiali non vi si attacca in condizioni normali. Ma se esposto alla luce in acqua, il gallio liquido reagisce sulla sua superficie, ossidandosi e corrodendosi gradualmente. Questa reazione crea idrogeno pulito e ossidrossido di gallio sulla sua superficie.
"Il gallio non è mai stato esplorato prima come un modo per produrre idrogeno ad alta velocità a contatto con l'acqua: un'osservazione così semplice che è stata ignorata in precedenza", afferma il professor Kalantar-Zadeh.
La ricerca condotta dall'Università di Sydney è stata pubblicata su Nature Communications.
Perché gli scienziati sono così appassionati di molecole di idrogeno
Molte industrie e scienziati ritengono che l'idrogeno sia il candidato ideale per una fonte di energia sostenibile, che contribuisca in modo significativo alla riduzione delle emissioni di gas serra. L'idrogeno "verde", come suggerisce il nome, è prodotto utilizzando fonti rinnovabili.
L'idrogeno è uno degli elementi più abbondanti sulla Terra e può essere ricavato anche da una vasta gamma di composti, come l'acqua (l'acqua ha due molecole di idrogeno). Quando l'idrogeno brucia, non produce sostanze inquinanti, ma solo acqua, ma può comunque generare alti livelli di energia o di potenza.
Gli sforzi per produrre idrogeno verde si sono concentrati sulla "scissione dell'acqua": scindere gli atomi delle molecole d'acqua per liberare idrogeno utilizzando metodi come l'elettrolisi, la fotocatalisi e il plasma (fulmini artificiali).
Ma il processo necessario per separare gli atomi di idrogeno e ossigeno nell'acqua ha incontrato diversi ostacoli, tra cui la necessità di utilizzare acqua purificata, di sostenere costi elevati o di produrre basse rese di idrogeno.
Il metodo introdotto dal team del professor Kalantar-Zadeh con il gallio liquido evita molti di questi ostacoli. Il metodo può utilizzare sia acqua di mare che acqua dolce e, poiché il processo è circolare, il gallio nella reazione può essere riutilizzato.
Il professor Kalantar-Zadeh ha dichiarato: "C'è un bisogno globale di commercializzare un metodo altamente efficiente per produrre idrogeno verde. Il nostro processo è efficiente e facile da scalare".
Il team sta ora lavorando per aumentare l'efficienza della tecnologia e il loro prossimo obiettivo è quello di creare un reattore su media scala per estrarre l'idrogeno.
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