La produzione simultanea di idrogeno turchese e nanotubi di carbonio fa un balzo in avanti grazie al nuovo catalizzatore messo a punto dal KIER
Quanti colori ha l’idrogeno (H2)? Nessuno nella realtà, molti nell’immaginario di quanti oggi si trovano a dover classificare il vettore in base al metodo produttivo. È così che in questi anni ci siamo abituati ad etichette come “idrogeno verde” – prodotto tramite elettrolisi alimenta da rinnovabili, – “blu” – ottenuto tramite steam reforming ma con cattura delle emissioni – o ancora “bianco” – che identifica l’idrogeno geologico naturale. Ma gli ultimi progressi di settore arrivano nel campo dell’idrogeno turchese, versione generata sempre dal gas naturale ma in un procedimento senza emissioni dirette.
Il team di ricerca guidato dal Dottor Woohyun Kim dell’Hydrogen Research Department presso il Korea Institute of Energy Research (KIER) ha sviluppato un nuovo catalizzatore in grado di accelerare la generazione di questa versione del vettore. Aprendo le porte ad una futura commercializzazione.
Per comprenderne la portata innovativa, tuttavia, è necessario fare qualche passo indietro.
Cos’è l’idrogeno turchese?
Nel settore viene chiamato idrogeno turchese l‘idrogeno prodotto tramite la decomposizione termica di metano o direttamente gas naturale. La reazione che può avvenire ad alte temperature (superiori a 1000 °C) o temperature più basse (600–800 °C) se aiutata da un catalizzatore. In entrambi i casi il risultato del processo è il medesimo: idrogeno e carbonio solido (CH4 → C + 2H2 ) senza la formazione di anidride carbonica (CO2). Uno degli aspetti interessanti della seconda via, ossia quella “accelerata”, è che in determinate condizioni può portare a carbonio nanostrutturato, come i nanotubi di carbonio a parete singola o parete multipla, materiali dalle molteplici applicazioni.
I catalizzatori più efficaci ed efficienti? In questo caso quelli a base di metalli di transizione (Ni, Co, Fe ecc.). Peccato che, nonostante mostrino alti tassi di decomposizione del metano, durino poco a temperature di reazione superiori a 600 °C.
Una delle soluzioni per migliorarne la stabilità consiste nell’impiegare additivi a base metalli nobili o di transizione. L’approccio però non consente di aumentare la qualità dei nanotubi di carbonio prodotti. È qui che entra in gioco la ricerca del team coreano.
Il nuovo catalizzatore Ni-Co
Il gruppo ha sviluppato con successo un nuovo catalizzatore a base di nichel a cui ha aggiunto cobalto. Rispetto ai catalizzatori studiati in precedenza, il composto di nuova concezione consente la produzione di idrogeno con maggiore efficienza a intervalli di temperatura significativamente più bassi.
“Il cobalto svolge un ruolo chiave nel potenziamento dell’attività elettrica e nel miglioramento della durata quando viene utilizzato come catalizzatore nella produzione di materiali a base di carbonio”, spiega l’ateneo in una nota stampa. “Sulla base di questa proprietà, il team di ricerca ha aggiunto cobalto a un catalizzatore a base di nichel e ha condotto esperimenti per ottimizzarne la composizione e garantire la riproducibilità. Di conseguenza, hanno scoperto come una composizione contenente l’8% di nichel e il 2% di cobalto raggiungesse la massima efficienza di produzione di idrogeno”.
Nel dettaglio il nuovo composto ha permesso di aumentare la produzione di idrogeno turchese del 50% rispetto ai catalizzatori sviluppati in precedenza, nei primi 30 minuti a una temperatura di 600 °C. Inoltre, la durata dell’attività catalitica risulta estesa del 60%, per un totale di circa 150 minuti contro i circa 90 minuti degli altri catalizzatori.
In termini di caratteristiche dei prodotti di carbonio, l’analisi della spettroscopica ha rivelato che il carbonio cresciuto sulla superficie del catalizzatore presenta un’elevata cristallinità, producendo nanotubi a parete multipla di alta qualità.
I risultati sono pubblicati (link in inglese) sulla rivista Fuel Processing Technology.
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