La rivoluzione dell’idrogeno è più vicina. Pubblicato studio su Nature Communications

Credo che l’acqua sarà un giorno impiegata come combustibile, che l’idrogeno e l’ossigeno di cui è costituita, utilizzati isolatamente o simultaneamente, offriranno una sorgente di calore e di luce inesauribili e di un’intensità che il carbon fossile non può dare. L’acqua è il carbone dell’avvenire”. Scriveva così Jules Verne nel suo romanzo “L’isola misteriosa” nel lontano 1875. A distanza di 141 anni, la “visione” di uno dei più grandi scrittori di romanzi scientifici di tutti i tempi potrebbe diventare realtà. Grazie alla scoperta - pubblicata sull’ultimo numero di Nature Communications - di Paolo Fornasiero, Maurizio Prato e Michele Melchionna (Università di Trieste) e di Marcella Bonchio (Università di Padova), tutti ricercatori afferenti a INSTM.

IL BACKGROUND

È comunemente accettato che le emissioni antropiche di anidride carbonica siano fra le principali cause del riscaldamento globale e all’origine di molti devastanti fenomeni atmosferici che stanno caratterizzando i nostri tempi. Pertanto, risulta fondamentale lo sviluppo di nuove tecnologie che da una parte siano in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di un pianeta con una popolazione in costante crescita e con sempre maggiori aspettative di miglioramento della qualità di vita, dall’altra utilizzino energie rinnovabili con impatto atmosferico nullo e con conseguenze positive sul benessere della popolazione mondiale. Tra le possibili alternative all’uso intensivo, massiccio di combustibili fossili c’è l’idrogeno, un vettore energetico pulito che, abbinato a efficienti, silenziose e pulite celle a combustibile potrebbe essere la soluzione.

A parità di peso - spiega Maurizio Prato - l’idrogeno contiene quasi tre volte il contenuto energetico del gas naturale e la sua combustione porta semplicemente alla produzione di acqua. Sembra impossibile immaginare a prima vista una fonte energetica più pulita. Ma una così semplice molecola nasconde in realtà insidie che finora ne hanno rallentato l’utilizzo in campo energetico”. Infatti in natura non esistono miniere o riserve di idrogeno, come per carbone, petrolio o metano. L’idrogeno si trova sempre legato ad altri elementi in molecole semplici, come l’acqua, o più complesse come gli idrocarburi. Ciò significa che esso deve essere in qualche modo prodotto.

Tralasciando per ora importanti aspetti di stoccaggio, distribuzione e sicurezza dell’idrogeno - continua Paolo Fornasiero - il maggiore ostacolo risiede proprio nella sua produzione sostenibile. Al momento esso viene prodotto quasi esclusivamente attraverso un processo chiamato “reazione di reforming”, il quale si basa sulla trasformazione di metano in idrogeno e monossido di carbonio, un processo di sicuro non sostenibile visto che si basa sull’utilizzo combustibili fossili”. L’altra strada percorribile è “ottenere una produzione sostenibile di idrogeno partendo da fonti interamente rinnovabili. L’acqua, molecola che ha permesso la vita sulla Terra, può oggi dare vita anche ad una rivoluzione in campo energetico. L’idrogeno infatti può essere prodotto dall’acqua grazie ad un processo elettrochimico, pulito ed efficiente, noto come elettrolisi”. Ma per poter essere competitivi è essenziale che i processi di produzione dell’idrogeno siano sempre più efficienti, abbassandone sia i costi sia l'energia impiegata. Ciò richiede necessariamente l’utilizzo di catalizzatori.

LA RICERCA

La chiave per una svolta è posta nelle mani delle nanotecnologie, settore in cui l'UdR INSTM dell'Università di Trieste ha da molti anni dimostrato di possedere grandi competenze di livello internazionale. I nanomateriali, grazie alle loro eccezionali proprietà, godono al momento di un’indiscussa leadership nel campo dei materiali per diverse applicazioni in campo tecnologico ed hanno le potenzialità per stimolare quel decisivo passo in avanti anche nell’ambito della produzione sostenibile di idrogeno.

Lo studio presenta una nuova classe di nanomateriali innovativi costituiti da una intelaiatura complessiva di nanotubi di carbonio alla quale sono state aggiunte componenti metalliche (ossidi di palladio e titanio) in un ordine strutturale ben definito. Tale composto è in tutto e per tutto un nanomateriale “gerarchico”, in cui ogni componente interagisce sinergicamente con le altre come in un’orchestra ben affiatata. Il risultato è la comparsa di performance significativamente più elevate per diversi processi catalitici, incluso la produzione di idrogeno.

I risultati ottenuti stabiliscono un nuovo stato dell’arte nella ricerca per la produzione di idrogeno attraverso processi di elettrolisi. Sebbene ancora distanti dalla rivoluzione promessa dall’idrogeno per un’energia pulita e ad impatto ecologico zero, lo studio suggerisce che la strada intrapresa è quella giusta. Ma non solo: “si è molto parlato dell’utilizzo di nanotubi di carbonio come componente in sistemi elettrocatalitici avanzati, ma da un punto di vista pratico sono ancora relativamente pochi i sistemi con nanotubi integrati che siano qualificati per una reale implementazione industriale. La nostra ricerca contribuisce a colmare tale mancanza”, conclude Maurizio Prato, un’autorità mondiale nel campo dei materiali nanostrutturati a base di carbonio.

IL TEAM

Questo lavoro dimostra ancora una volta come la collaborazione interdisciplinare tra gruppi di ricerca sia un fattore decisivo nel raggiungimento di obbiettivi scientifici rilevanti. Oltre ai già citati gruppi INSTM di Trieste e Padova, il team di ricerca comprende anche Francesco Paolucci dell’Università di Bologna, Lucia Nasi del CNR di Parma e ricercatori dell’Istituto ICCOM-CNR, del CIC BiomaGUNE di Bilbao San Sebastian e dell’Università di Stanford. Il gruppo italiano ha coordinato la fase di design e preparazione di nuovi nanomateriali, eccezionalmente efficaci per la produzione di idrogeno da elettrolisi dell’acqua.

Link: Nature Communications

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