Idrogeno verde: un catalizzatore economico per gli elettrolizzatori PEM

Un gruppo di ingegneri e chimici ha creato un nuovo catalizzatore a tre elementi per la scissione dell’acqua, che vanta una durata eccezionale anche in ambienti acidi altamente corrosivi 

elettrolizzatori PEM
Foto di Gerd Altmann da Pixabay

Addio al platino e iridio, arriva il catalizzatore bifunzionale RuSiW

(Rinnovabili.it) – Buone nuove per la produzione di idrogeno verde. Uno studio condotto dall’Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan (UNIST) e dall’Istituto Avanzato Coreano di Scienza e Tecnologia (KAIST), in Corea del Sud, ha creato un catalizzatore bifunzionale, economico e durevole da impiegare negli elettrolizzatori PEM (membrana a scambio protonico).

Il risultato raggiunto dal gruppo, guidato dai professori Jungki Ryu e Dong-Hwa, rappresenta una svolta fondamentale per le tecnologie di scissione dell’acqua e potrebbe costituire un importante passo avanti per accelerare l’economia dell’idrogeno. Per comprenderne la portata è bene fare qualche passo indietro.

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Elettrolizzatori PEM, vantaggi e svantaggi

Attualmente esistono diverse tipologie di elettrolizzatori. I PEM si differenziano dalle altre per l’impiego di una membrana semipermeabile costituita da un polimero solido e specificatamente progettata per condurre protoni. Lo speciale design conferisce a queste celle elettrolitiche un’elevata flessibilità, tempi rapidi di risposta e un’alta densità di corrente. La commercializzazione su larga scala, tuttavia, rimane un problema e la causa principale sta nell’elevato costo dei materiali impiegati. Gli elettrolizzatori PEM hanno bisogno di catalizzatori capaci di operare nell’ambiente altamente acido e corrosivo di questa tecnologia e fino a ieri gli unici composti validi erano quelli a base di metalli nobili (iridio, platino) e grandi quantità di titanio.

Un aiuto all’economicità e dunque alla scalabilità delle celle PEM arriva dal nuovo lavoro sudcoreano. Gli scienziati hanno cercato alternative ai catalizzatori in metalli preziosi che mostrassero una buona stabilità in condizioni acide. La scelta è ricaduta sul rutenio, il cui costo di produzione è relativamente basso rispetto al platino e all’iridio. Ma basse sono anche le prestazioni se confrontate a quelle dei fuoriclasse della catalisi. Ecco perché il gruppo ha deciso di aggiungere altri due elementi: il silicio e il tungsteno.

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Il catalizzatore economici a tre elementi

Nel dettaglio il nuovo catalizzatore presenta una struttura drogata con tungsteno e silicio attorno a un atomo di rutenio, che ne migliora la stabilità. La capacità di accelerazione della reazione è stata alzata aumentando l’intensità di adsorbimento dei protoni sulla sua superficie. Al punto che  il composto mostra un’attività più elevata nella reazione di sviluppo dell’idrogeno rispetto ai catalizzatori al platino disponibili in commercio.

Lo sviluppo di questo catalizzatore a tre elementi è significativo“, spiega il professor Ryu. “Possiede il potenziale per sostituire i costosi platino e iridio. Si prevede che sarà applicato a sistemi di produzione di idrogeno verde di elevata purezza, come gli elettrolizzatori PEM, poiché può essere sintetizzato facilmente e stabilmente anche in condizioni acide altamente corrosive“.

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