Quando si parla di energie rinnovabili (e pulite) le prime fonti che vengono alla mente sono il Sole e il vento, ma un settore di ricerca importante riguarda anche l’idrogeno. Esso costituirebbe una soluzione ideale in quanto ricavabile da un elemento comune come l’acqua e sarebbe inoltre immagazzinabile, mentre la produzione di energia elettrica da celle fotovoltaiche o turbine eoliche dipende al momento dalle condizioni ambientali e le attuali batterie presentano evidenti limiti per lo stoccaggio soprattutto su larga scala.
Idrogeno: tanto diffuso quanto raro
Paradossalmente l’idrogeno rappresenta il 90% della materia convenzionale che costituisce l’universo ma sulla Terra dobbiamo produrlo. L’acqua è composta da soli tre elementi, due atomi d’idrogeno e uno di ossigeno; scindendo una molecola si otterrebbe da un lato l’idrogeno necessario per la produzione di energia, dall’altro ossigeno che nella peggiore delle ipotesi è innocuo ma può anche essere recuperato per altri utilizzi.
Tuttavia anche separare una molecola così apparentemente semplice negli atomi che la compongono richiede una grande quantità di energia, ed è su questo che i ricercatori sono da tempo al lavoro.
Uno dei sistemi per ottimizzare questo genere di processo consiste nel fare uso di un catalizzatore, ovvero un elemento terzo in grado di apportare delle modifiche nelle reazioni fra altri due elementi. In questo caso, incrementare l’efficienza della reazione richiesta diminuendo la quantità di energia necessaria per avviarla.
Una sostanza adatta a questo scopo già esiste, l’idrossido di ferro-nichel (MNF).
Esso è tuttavia altamente reattivo e dotato di un ciclo vitale molto breve, le prestazioni decadono rapidamente. In una ricerca apparsa su Nature Catalysis il team del dottor Feng Lin del Virginia Tech College of Science descrive una tecnica in grado di ricostituire il catalizzatore.
La produzione di ossigeno e idrogeno nelle batterie nichel-ferro era già nota a Edison, ma in quel contesto costituiva un problema
L’MNF si converte velocemente dallo stato solido a ioni di metallo all’interno della soluzione elettrolitica. I ricercatori hanno rilevato che passando da un potenziale elettrocatalitico elevato a uno basso e mantenendolo per un periodo di soli due minuti gli ioni metallici si riassemblano ridando vita a un catalizzatore pienamente funzionale.
Ciò avviene in seguito all’inversione del gradiente pH, il livello di acidità all’interno della soluzione. In pratica, per analogia, è come invertire il flusso di aria fra due ambienti abbassando la temperatura dell’ambiente più caldo fino a sotto il livello dell’altro, così l’aria, che tende a dirigersi dalla zona più calda a quella più fredda, inverte la propria direzione.
Il processo di rigenerazione è ciclicamente ripetibile, rendendo più economica ed efficiente la produzione di idrogeno
Gli ioni di nichel e ferro non solo si depositano nuovamente sull’elettrodo, ma lo fanno creando un mix ottimale e ripristinando qualità catalitiche eccellenti al dispositivo. L’effetto è inoltre amplificato dai ricercatori della squadra del dottor Lin grazie alla creazione di un catalizzatore di idrossido di ferro-nichel in forma di sottilissime lamine, più semplici da riassemblare rispetto a una forma massiccia.
La conferma del comportamento delle molecole è stata ottenuta grazie ad analisi spettroscopiche ai raggi X, tecnica che a sua volta si è rivelata tanto precisa e promettente da far prevedere fruttuosi utilizzi in ricerche analoghe.
I test sono finora stati eseguiti con acqua distillata, ma il dottor Lin confida che non vi saranno significativi cambiamenti utilizzando acqua salata, di gran lunga la più diffusa e disponibile sul nostro pianeta.
Di Corrado Festa Bianchet
