Gli scienziati dell'Università della Scienza di Tokyo hanno usato l’α-FeOOH come catalizzatore nella produzione di idrogeno da energia solare. Il risultato? La tecnica è 25 volte più efficiente della tradizionale fotocatalisi

Raggiunta una produzione stabile di idrogeno per oltre 400 ore

(Rinnovabili.it) – Per decenni, gli scienziati hanno studiato un modo economico, efficiente e sicuro per produrre idrogeno. Uno dei metodi più interessanti per raggiungere questo obiettivo è attraverso processi guidati dall’energia solare: la luce viene utilizzata per accelerare (o “catalizzare”) la reazione di scissione delle molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno gassoso. In questo contesto il catalizzatore più diffuso è il biossido di titanio, ma un nuova ricerca ha trovato un sostituto non solo più economico ma anche fino a 25 volte più efficiente: la ruggine.

Il merito va al gruppo di scienziati giapponesi guidati dal Prof Ken-ichi Katsumata dell’Università di Scienze di Tokyo. L’esperimento, condotto Katsumata e colleghi, mirava ad affrontare le principali sfide incontrate nell’uso di catalizzatori a semiconduttore per la produzione di combustibili solari. Nello studio pubblicato su Chemistry (testo in inglese), il team descrive tre ostacoli. Il primo è la necessità che il catalizzatore sia attivato dalla luce. Il secondo è che la maggior parte dei fotocatalizzatori attualmente utilizzati richiedono metalli rari o “nobili” come cocatalizzatori; materiali che sono costosi e difficili da ottenere. L’ultimo problema deriva dall’effettiva produzione di idrogeno e ossigeno. Se non separati immediatamente, la miscela di questi due gas può nella migliore delle ipotesi ridurre la produzione di idrogeno e, nel peggiore dei casi, provocare un’esplosione. 

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Il team ha impiegato il α-FeOOH (o ruggine) e ha avviato un esperimento per valutarne l’efficienza fotocatalitica a partire da una miscela di acqua ed metanolo, irradiata da una lampada Hg-X.

“Siamo rimasti davvero sorpresi dal risultato – spiega Katsumata – perché la maggior parte degli ossidi di ferro non è nota per ridursi in idrogeno. Quando abbiamo cercato di capire quale fossero le condizioni per l’attivazione del α-FeOOH, abbiamo scoperto che l’ossigeno è stato un fattore indispensabile, altra sorpresa dal momento che molti studi hanno dimostrato che l’ossigeno sopprime la produzione di idrogeno catturando gli elettroni eccitati”. Il team ha confermato il meccanismo utilizzando la “gas-cromatografia-spettrometria di massa”, e dimostrando che α-FeOOH è 25 volte più attivo del al biossido di titanio, in una produzione stabile di idrogeno di oltre 400 ore.

Gli scienziati spiegano che saranno necessarie ulteriori ricerche per ottimizzare il  processo. “La funzione specifica dell’ossigeno nell’attivazione dell’α-FeOOH indotta dalla luce non è stata ancora svelata – aggiunge Katsumata – Pertanto, esplorare il meccanismo sarà la prossima sfida”.

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