• Articolo Haifa, 1 marzo 2016
  • Lo studio pubblicato su Nano Letters

    Dai fotoni all’idrogeno con il 100% di efficienza

  • Più che raddoppiata l’efficienza con cui avviene il processo di conversione fotoni-idrogeno: dal 58% al 100%. Una svolta ottenuta in Israele

Idrogeno da elettrolisi l'efficienza raggiunge il 100 2

 

(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».

 

Idrogeno da elettrolisi l'efficienza raggiunge il 100 3Il 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.

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