Studiato un nuovo approccio per accoppiare la scissione fotoelettrochimica dell'acqua con l'idrogenazione di sostanze impiegate dall'industria chimica
Come l’idrogeno verde solare può aiutare a decarbonizzare l’industria chimica
(Rinnovabili.it) – La strada più semplice ed efficiente per produrre idrogeno verde è l’elettrolisi dell’acqua: una cella elettrochimica, alimentata da energia elettrica proveniente da impianti rinnovabili, rompe le molecole di H2O rilasciando ossigeno ed idrogeno. L’approccio in questione, tuttavia, non è il più diretto. Esiste un’altra tecnologia in grado di portare allo stesso risultato ma con meno passaggi. Parliamo della fotoelettrolisi, in cui celle simili a quelle fotovoltaiche utilizzano direttamente la luce incidente per attivare speciali elettrodi immersi in acqua e promuovere la medesima scissione molecolare.
Ma se oggi questa soluzione non riceve la stessa attenzione dell’elettrolisi a livello commerciale, è per un motivo preciso: l’efficienza di conversione è troppo bassa. Le migliori celle fotoelettrochimiche non superano il 10% in termini di resa. E nonostante alcuni indiscutibili vantaggi – dal basso costo dei catalizzatori impiegati alla possibilità di usare il calore solare per accelerare la reazione – il costo di produzione dell’idrogeno verde solare appare ben poco competitivo. Secondo alcuni dati pubblicati dall’HZB Institute for Solar Fuels, l’idrogeno prodotto tramite fotoelettrolisi dell’acqua costa attualmente circa 10 dollari al kg. Un valore doppio rispetto a quello legato agli elettrolizzatori “classici” e circa sei volte superiore a quello dell’idrogeno ottenuto dal metano tramite steam reforming.
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Una nuova strada per la fotoelettrolisi dell’acqua
E’ proprio l’HZB Institute for Solar Fuels ad aver trovato un approccio per rendere l’idrogeno verde solare più competitivo. Qui un gruppo di scienziati ha studiato come cambia l’equilibrio quando una parte dell’H2 prodotto con celle fotoelettrochimiche reagisce ulteriormente in situ con l’acido itaconico per formare acido metilsuccinico (MSA). Quest’ultimo rappresenta un prezioso composto chimico i cui derivati sono usati come solventi nei cosmetici, nella sintesi di polimeri e in quella farmaceutica.
Per prima cosa i ricercatori hanno calcolato quanta energia sia necessaria per produrre la cella e per quanto tempo debba funzionare per riprodurre tale energia sotto forma di idrogeno o MSA. Per il solo idrogeno, il “tempo di ritorno” è di circa 17 anni ipotizzando una modesta efficienza del 5%.
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Se il 2% dell’idrogeno verde solare fosse utilizzato per convertire l’acido itaconico in MSA, il tempo di ritorno verrebbe dimezzato. Se la percentuale aumentasse al 30%, l’energia di produzione potrebbe essere recuperata dopo soli 2 anni. “Questo rende il processo molto più sostenibile e competitivo”, afferma dott.ssa Fatwa Abdi. “Il sistema è flessibile e può anche produrre altri preziosi prodotti chimici”. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature Communications (testo in inglese).
