È di oggi una notizia che sembrerebbe poter rivoluzionare gli scenari sul fronte delle energie rinnovabili. Le nuove prospettive nascono dai risultati di uno studio realizzato congiuntamente da ricercatori del Technion-Israel Institute of Technology e dell’Università di Bologna.
Per decenni l’idrogeno è stato considerato il combustibile ideale perché bruciando rilascia solo energia e acqua e non inquina l’ambiente, ma la maggior parte dell’idrogeno oggi viene prodotta dal gas naturale in un processo inquinante che contribuisce al riscaldamento globale.
Un’alternativa per la produzione pulita e rinnovabile di idrogeno è il cosiddetto water splitting fotocatalitico, la scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno, usando la luce solare. In questo processo, le cariche elettriche positive e negative, che vengono generate nei semiconduttori a seguito dell’assorbimento della luce solare, vengono sfruttate per dar vita a reazioni chimiche.
Nel caso della scissione dell’acqua, le cariche elettriche ne rompono la molecola, le cariche negative producono idrogeno mentre quelle positive producono ossigeno. Le due reazioni devono aver luogo simultaneamente. Senza sfruttare le cariche positive, le cariche negative non possono essere dirottate per produrre l’idrogeno desiderato.
Su questo fronte sono stati condotti diversi progetti ma i risultati non sono stati particolarmente brillanti. La reazione di scissione dell’acqua comporta diversi passaggi ed è un’operazione complessa e i sistemi fotocatalitici realizzati non risultano stabili ed efficienti.
Ora, il team di ricercatori è riuscito a raggiungere un nuovo traguardo grazie a una soluzione particolarmente innovativa.
Il progetto di ricerca guidato dal professor Lilac Amirav della Facoltà di Chimica di Schionich Technion, insieme a colleghi dell’Università di Bologna, ha usato come sistema fotocatalitico delle particelle catalitiche in miniatura uniche, sviluppate diversi anni fa dal professore.
Queste particelle di dimensione nanometrica (un nanometro è 10-9 m) usano in modo molto efficiente la luce solare e le cariche negative (elettroni) che ne derivano per la produzione di idrogeno, e ora, grazie all’ulteriore sviluppo del progetto, sono in grado di utilizzare in modo efficiente anche le superfici a carica positiva, riuscendo a disaccoppiare la desiderabile produzione di idrogeno dalla problematica evoluzione dell’ossigeno.
Questo sistema produce idrogeno dall’acqua e trasforma contemporaneamente la benzilammina in benzaldeide. La benzaldeide viene prodotta utilizzando le cariche positive, in alternativa alla produzione di ossigeno. Utilizzato dalle industrie alimentari, vernici, plastiche e cosmetiche, è considerato un prodotto prezioso. Il processo innovativo utilizza sia le cariche negative che quelle positive, sfruttando così l’energia solare in modo più efficiente ed efficace.
“Si potrebbe dire che abbiamo modificato il processo facendolo evolvere dalla fotocatalisi alla fotosintesi, ovvero una vera conversione dell’energia solare in combustibile”, ha affermato il prof. Amirav. “Inoltre, l’efficienza di conversione energetica in questo processo rappresenta un importante traguardo a livello mondiale nel campo della fotocatalisi basata su particelle.”
Il professore si riferisce al fatto che il sistema fotocatalitico esegue la vera conversione dell’energia solare in legami chimici immagazzinabili, con un massimo del 4,2% di efficienza di conversione da energia solare a chimica. Questo dato rappresenta un nuovo record mondiale nel campo della fotocatalisi, raddoppiando il traguardo raggiunto precedentemente. Ancora più importante, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha definito il 5-10% come “soglia di fattibilità pratica” per la generazione di idrogeno attraverso la fotocatalisi. Questi nuovi risultati aprono di fatto nuovi scenari per la conversione economicamente sostenibile dall’energia solare all’idrogeno.
I dettagli dello studio sono stati pubblicati in questo articolo.