Più che raddoppiata l’efficienza con cui avviene il processo di conversione fotoni-idrogeno: dal 58% al 100%. Una svolta ottenuta in Israele
(Rinnovabili.it) – Si può ottenere idrogeno dall’acqua con un’efficienza del 100%? Fino a qualche giorno fa la risposta era no. Solo il 60% dell’energia che entrava nella reazione “usciva dall’altra parte”. Eppure i ricercatori Philip Kalisman, Yifat Nakibli, e Lilla Amirav dell’Istituto Technion-Israel of Technology di Haifa, hanno pubblicato un paper su Nano Letters che apre nuovi orizzonti.
L’elettrolisi dell’acqua è un processo in due fasi: riduzione e ossidazione. Nel primo caso, al catodo gli ioni idrogeno (H+) acquistano elettroni, mentre all’anodo, gli ioni idrossido (OH-) subiscono ossidazione, cedendo elettroni. Il primo passaggio è quello preso in esame e migliorato ampiamente dai ricercatori israeliani, convinti ora che la ricerca futura dovrebbe concentrarsi sull’altro, al fine di realizzare un processo di elettrolisi dell’acqua pratico e diffuso.
«Credo fermamente che la ricerca di fonti energetiche pulite e rinnovabili sia fondamentale – ha detto Lilla Amirav, una degli autori del lavoro – Con l’incombente crisi energetica da un lato, e gli aspetti ambientali come il riscaldamento globale dall’altra, credo che questo sia nostro dovere per cercare di risolvere il problema per la prossima generazione».
Il processo è così efficiente perché alimentato interamente dalla luce. Nanotubi di appena 50 nanometri assorbono i fotoni da una sorgente luminosa e quindi rilasciano elettroni per innescare la divisione dell’acqua in idrogeno e ossigeno. Il sistema permette una efficienza di conversione da fotoni a idrogeno del 100%.
«Il nostro lavoro dimostra che è possibile avere una perfetta efficienza produttiva per la semi-reazione di riduzione fotocatalitica dell’acqua – ha spiegato la ricercatrice israeliana – Questi risultati frantumano i parametri precedenti per tutti i sistemi, e lasciano poco per spazio per miglioramenti di questa particolare semi-reazione».
Al 100% di rendimento, la semi-reazione produce circa 100 molecole H2 al secondo su ogni canoro (nanofibre molecolari o strutture cristalline di dimensioni inferiori ai 100 nanometri). Un campione tipico contiene circa 600 mila miliardi di nanorods.
Una delle chiavi per raggiungere la perfetta efficienza è stata l’identificazione del collo di bottiglia del processo. I ricercatori hanno scoperto che il problema era nella necessità di separare rapidamente gli elettroni e lacune e rimuovere i fori del fotocatalizzatore. Per migliorare la separazione di carica, i ricercatori hanno ridisegnato i nanotubi in modo da avere solo un catalizzatore di platino invece di due. Così facendo, l’efficienza è cresciuta dal 58,5% (con due catalizzatori al platino) al 100%.
I ricercatori hanno in programma di migliorare ulteriormente il sistema. Attualmente, il processo richiede un pH molto alto, ma tali condizioni non sono sempre ideali. Altro problema è che il solfuro di cadmio (CdS) utilizzato nel nanorod viene corroso se esposto lungamente alla luce in acqua pura.
