Messa a punto una soluzione per utilizzare direttamente l'acqua di mare negli elettrolizzatori senza sistemi di pretrattamento e aggiunta di alcali
Nuovi progressi per la generazione di idrogeno dall’oceano
(Rinnovabili.it) – Quando nel 2017 l’Hydrogen Economy ha ripreso slancio, molte delle ricerche di settore si sono concentrate su un obiettivo ambizioso: produrre idrogeno verde direttamente dall’oceano. Perché? Essenzialmente per due motivi: per fornire agli impianti rinnovabili offshore un sistema d’accumulo in loco; e per riuscire a sostituire l’uso dell’acqua dolce con quello decisamente più sostenibile dell’acqua marina.
Peccato che lo scambio tra le due fonti idriche non rappresenti un passaggio facile. Perché un elettrolizzatore funzioni efficientemente anche in mare aperto è necessario che l’acqua sia desalinizzata prima di entrare in contatto con l’apparecchio per evitare guasti. Gli ioni cloruro presenti nell’acqua salata possono, infatti, penetrare negli elettrodi e creare ioni ipoclorito che danneggiano il catalizzatore. Una delle soluzioni possibili è quella di integrare a monte sistemi di depurazione e dissalazione che tuttavia fanno lievitare la spesa energetica e le dimensioni dell’impianto.
Molto più semplice nell’applicazione appare invece la soluzione progettata da un team internazionale di ingegneri e chimici provenienti dall’Università di Adelaide, dall’Università di Tianjin, dall’Università di Nankai e dalla Kent State University. La squadra è riuscita a creare un percorso per produrre direttamente idrogeno dall’oceano senza passare attraverso impianti di dissalazione. Come? Introducendo sul catalizzatore uno strato acido.
Uno strato di acido di Lewis e un catalizzatore economico
Il lavoro si è focalizzato sui tradizionali elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM). Le loro celle sono dolate di un elettrolita polimerico solido che è responsabile della conduzione dei protoni e della separazione dei gas prodotti. La svolta è stata ottenuta aggiungendo un acido di Lewis, un tipo specifico di acido che agisce come accettore di una coppia di elettroni (ad esempio ossido di cromo) sopra il catalizzatore, l’ossido di un metallo di transizione. L’operazione porta alla cattura degli anioni idrossido (HO-) rilasciati nella divisione delle molecole d’acqua. “Tale alcalinità locale generata in situ – scrivono gli autori nella ricerca pubblicata su Nature – facilita la cinetica di entrambe le reazioni sugli elettrodi ed evita l’attacco di cloruri e la formazione di precipitati sugli elettrodi”.
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Il risultato di questo approccio ha permesso di ottenere una densità di corrente di 1,0 A/cm2 a 1,87 V e 60 °C, raggiungendo una buona stabilità a lungo termine. “Abbiamo diviso l’acqua di mare in ossigeno e idrogeno con un’efficienza quasi del 100 per cento”, spiega il leader del progetto, il professor Shi-Zhang Qiao dell’Università di Adelaide a Cosmos. “E abbiamo prodotto idrogeno verde mediante elettrolisi, utilizzando un catalizzatore economico in un elettrolizzatore commerciale”.
