Ossidi di manganese acido-stabili per l’elettrolisi PEM
Il centro di ricerca giapponese RIKEN fa ancora una volta centro. Dopo aver creato una pellicola fotovoltaica organica che può essere lavata e strizzata (senza temere neppure la lavatrice), gli scienziati mettono a segno un altro colpo a favore della transizione. In questi giorni, la rivista scientifica Nature Catalysis riporta l’articolo di Shuang Kong e colleghi in cui viene descritto un nuovo catalizzatore per la produzione di idrogeno che non richiede materiali preziosi o terre rare.
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Elettrolisi PEM, vantaggi e svantaggi
L’ambito in cui ci troviamo è quello dell’elettrolisi PEM, ossia con membrana a scambio protonico, tecnologia che può funzionare a densità di corrente elevate (superiore a 2 A/cm2). Le PEM portano con sé tutta una serie di vantaggi, come l’elevata efficienza, la risposta rapida, l’ingombro ridotto, la produzione di idrogeno ultra puro e il funzionamento a temperature più basse (20–80 °C) rispetto alle altre alternative tecnologiche. Lo svantaggio principale? Gli elettrocatalizzatori più performanti e in grado di resistere alle condizioni acide dell’elettrolisi PEM sono basati su metalli nobili come il platino e il palladio per la reazione di evoluzione dell’idrogeno al catodo, e l’iridio e il rutenio per la reazione di evoluzione dell’ossigeno all’anodo.
Come spiega Ryuhei Nakamura, che ha guidato il tema di ricerca, “portare l’elettrolisi PEM alla scala dei terawatt richiederebbe 40 anni di iridio, il che è certamente poco pratico e altamente insostenibile”. Ecco perché proprio Nakamura e il suo gruppo hanno cercato di mettere a punto un nuovo catalizzatore per la reazione di evoluzione dell’ossigeno.
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Risultati promettenti
Due anni fa i primi risultati: un composto a base di manganese e cobalto, efficiente nel suo lavoro ma di scarsa durata. La nuova ricerca si basa invece sull’ossido di manganese. Gli scienziati hanno scoperto, infatti, che la stabilità della reazione poteva essere aumentata alterando la struttura reticolare del catalizzatore e più precisamente aumentando la quantità di ossigeno planare (una delle configurazioni possibili dell’O2 nel reticolo).
Una volta testato in un elettrolizzatore PEM, il nuovo catalizzatore ha dimostrato di poter sostenere l’attività per circa 6 settimane ad una densità di corrente di 200 mA/cm2. In questo periodo di tempo la quantità di idrogeno generato è stata 10 volte superiore a quella ottenuta in passato con altri catalizzatori metallici non rari. Ovviamente c’è ancora lavoro da fare prima di guardare al mercato, soprattutto perché le applicazioni industriali lavorano a densità di corrente più elevate e sei settimane sono decisamente poco.
“Continueremo a modificare la struttura del catalizzatore per aumentare sia la densità di corrente che la durata del catalizzatore“, afferma Nakamura. “A lungo termine, i nostri sforzi dovrebbero aiutare a raggiungere l’obiettivo finale per tutte le parti interessate: condurre l’elettrolisi dell’acqua PEM senza l’uso di iridio.”