L’idrogeno è considerato da molti come il combustibile del futuro, grazie alla sua capacità di generare energia in modo pulito e sostenibile. Tuttavia, la produzione di idrogeno presenta ancora delle sfide, tra cui il rischio di esplosioni e la necessità di utilizzare metalli rari. Ma una recente scoperta scientifica potrebbe cambiare le regole del gioco.
Il metodo innovativo svedese
Un gruppo di ricercatori dell’Istituto Reale di Tecnologia KTH di Stoccolma, in Svezia, ha sviluppato un metodo rivoluzionario per la produzione di idrogeno con un’efficienza del 99 percento. Questo processo, che separa la generazione di ossigeno e idrogeno, non solo elimina il rischio di esplosioni, ma rende anche superfluo l’uso di metalli rari.
La separazione sicura di ossigeno e idrogeno
Il nuovo metodo si distingue dal processo standard di elettrolisi, che di solito produce ossigeno e idrogeno contemporaneamente nella stessa cella, separati da barriere a membrana. La separazione dei gas riduce il pericolo di miscelazione e quindi di esplosioni, come spiega il ricercatore Esteban Toledo, dottorando al KTH e coautore dello studio pubblicato su Science Advances insieme al professor Joydeep Dutta, professore di fisica applicata al KTH.
Un’efficienza Faradaica del 99 percento
Il professor Dutta afferma che l’efficienza Faradaica del gas di idrogeno prodotto è stata dimostrata essere del 99 percento. Inoltre, i test di laboratorio non hanno mostrato alcun degrado evidente degli elettrodi a seguito di test a lungo termine, un fattore cruciale per le applicazioni commerciali.
La produzione di idrogeno senza barriere
La produzione di idrogeno dall’acqua genera sempre ossigeno. Un elettrolizzatore alcalino tipico ha un elettrodo positivo e uno negativo all’interno di una camera di acqua alcalina, separati da una barriera permeabile agli ioni. Quando viene applicata una corrente elettrica, l’acqua reagisce al catodo formando idrogeno e ioni idrossido negativi che diffondono attraverso la barriera all’anodo per produrre ossigeno. Tuttavia, la barriera causa resistenza e se la carica elettrica fluttua, il rischio di una miscela esplosiva tra ossigeno e idrogeno aumenta.
Un processo più affidabile per l’energia verde
Toledo sostiene che ripensare l’elettrolisi dell’acqua prepara il terreno per una forma di produzione di energia verde più affidabile, che può incorporare fonti intermittenti come il solare o l’eolico. “Poiché non rischiamo di miscelare i gas, possiamo operare su un intervallo più ampio di potenza in ingresso”, afferma. “È molto più facile quindi accoppiarsi con energie rinnovabili che generalmente forniscono potenza variabile.”
La produzione simultanea di gas viene evitata sostituendo uno degli elettrodi con un elettrodo supercapacitivo fatto di carbonio. Questi elettrodi immagazzinano e rilasciano alternativamente ioni, separando efficacemente la produzione di idrogeno e ossigeno.
Quando l’elettrodo è carico negativamente e produce idrogeno, il supercondensatore immagazzina ioni idrossido (OH) ricchi di energia. Quando la direzione della corrente viene invertita, il supercondensatore rilascia gli OH assorbiti e l’ossigeno viene prodotto all’elettrodo ora positivo.
“Un elettrodo fa l’evoluzione sia dell’ossigeno che dell’idrogeno”, dice Dutta. “È molto simile a una batteria ricaricabile che produce idrogeno – alternando la carica e la scarica. Si tratta tutto di completare il circuito.”
