(Rinnovabili.it) – Produrre idrogeno da acqua e sole è una delle alternative più ecologiche e razionali per ottenere il vettore energetico. Il processo di sintesi, tuttavia, è messa ancora oggi a dura da una sorta di incompatibilità fra tre fattori: efficienza, stabilità e bassi costi. L’elettrolisi solare dell’acqua avviene attraverso un dispositivo chiamato cella fotoelettrochimica (PEC) che utilizzano un elettrodo semiconduttore per assorbire la luce e l’energia così ottenuta per spezzare le molecole d’acqua. I dispositivi più economici hanno però rese bassissime; al contrario, i più efficienti sono realizzati con materiali rari o preziosi. Ma nel settore dei carburanti solari c’è chi, finalmente, è riuscito a trovare un compromesso tra questi fattori. I ricercatori del MESA+ Institute for Nanotechnology dell’Università di Twente, nei Paesi Bassi, sono riusciti a migliorare significativamente l’efficienza del processo per produrre idrogeno da acqua e sole.
Nuovo design per produrre idrogeno da acqua e sole
Il punto partenza è stato il catalizzatore in nickel –molibdeno: entrambi i materiali sono facilmente reperibili ed economici ma generalmente opachi e, dal momento che richiedono un carico di massa elevato per poter ottenere un’alta attività catalitica, assorbono parte della luce che dovrebbe invece raggiungere il fotoelettrodo sottostante (assorbimento parassita).
La soluzione proposta dai ricercatori è stata quella di disaccoppiare spazialmente e funzionalmente l’assorbimento della luce dall’attività catalitica. Il nuovo sistema per produrre idrogeno da acqua e sole si affida direttamente alle nozioni della nanotecnologia. La cella per la fotoelettrolisi è stata dotata di un catodo costituito da minuscoli fili in silicio lunghi meno di un decimo di millimetro. La punta di queste piccolissime strutture è stata rivestita con il catalizzatore in nickel-molibdeno. Quando la luce raggiunge il fotocatodo, rimane intrappolata alla base dei microfili e quindi più facilmente assorbita. La reazione chimica con cui si forma l’idrogeno avviene invece sulla punta.
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Variando la densità e la lunghezza dei fili in silicio, i ricercatori hanno raggiunto una densità di fotocorrente quasi ideale (del 35,5 mA cm-2 con una fototensione di 495 mV) e soprattutto un’efficienza massima del 10,8 per cento, il valore più alto mai raggiunto per un progetto basato sul silicio. Tuttavia, è necessario un ulteriore aumento dell’efficienza – fino al quindici per cento – per rendere la tecnologia economicamente valida. I risultati del lavoro sono stati pubblicati su Nature Energy e possono essere consultati direttamente qui.