Cristallo “vivo” che respira ossigeno: la svolta per l’energia pulita

Un nuovo cristallo creato in laboratorio, capace di “respirare” ossigeno, potrebbe rivoluzionare l’efficienza energetica e accelerare la transizione verso l’energia pulita. Il materiale, una pellicola sottile composta da un ossido di stronzio, ferro e cobalto, è in grado di rilasciare e poi riassorbire ossigeno se riscaldato in un semplice ambiente gassoso, proprio come farebbe un polmone umano. E la cosa più sorprendente è che può ripetere questo processo all’infinito senza degradarsi. Le potenziali applicazioni di un materiale del genere sono immense e potrebbero avere un ruolo cruciale per il futuro dell’energia pulita.

“È come se avessimo dato dei polmoni al cristallo, in grado di inalare ed esalare ossigeno a comando”, ha dichiarato il professor Hyoungjeen Jeen, docente di fisica alla Pusan National University in Corea del Sud e co-autore dello studio insieme al professor Hiromichi Ohta dell’Istituto di Ricerca per le Scienze Elettroniche della Hokkaido University in Giappone. Le loro straordinarie scoperte su questo cristallo, dalla formula SrFe0.5Co0.5O2.5, sono state pubblicate questo mese sulla rivista scientifica Nature Communications. Si trattta di un cristallo della famiglia delle Perovskite

La svolta: materiali che resistono a situazioni estremi

Non è insolito che le sostanze naturali si leghino e rilascino ossigeno, un elemento estremamente reattivo. Questo è il motivo per cui l’ossigeno è un mattone fondamentale per la vita umana e vegetale, ma replicare questi processi in laboratorio non è affatto semplice. Spesso, il processo degrada rapidamente i materiali o richiede temperature estreme per l’assorbimento e il rilascio, rendendo qualsiasi applicazione commerciale poco pratica.

Questa è la ragione per cui la nuova scoperta è così entusiasmante: il ciclo di assorbimento e rilascio di ossigeno si mantiene senza distruggere il cristallo e a temperature relativamente moderate, circa 400 °C (752 °F). “Questo risultato è impressionante per due motivi: solo gli ioni di cobalto vengono ridotti e il processo porta alla formazione di una struttura cristallina completamente nuova, ma stabile”, ha spiegato Jeen. E quando l’ossigeno viene reintrodotto, la struttura originale del cristallo viene ripristinata.

Come riportato da New Atlas, “questo risolve la sfida di operare in condizioni più estreme che coinvolgono temperature molto più elevate per il controllo dell’ossigeno, e sostituisce altri materiali utilizzati in questo processo che erano troppo fragili per essere impiegati ripetutamente”.

Cam,pioni di cristalli che respirano

Applicazioni che guardano al futuro

Grazie a queste caratteristiche, i cristalli “a-sintetici” (creati in laboratorio) potrebbero essere estremamente utili in tecnologie come le celle a combustibile a ossido solido. Queste celle possono produrre elettricità dall’idrogeno con emissioni minime, a condizione che l’ossigeno sia controllato. Le celle a combustibile potrebbero essere fondamentali per estendere l’autonomia delle auto elettriche, specialmente se in grado di operare a temperature relativamente basse.

Inoltre, la capacità di controllare l’ossigeno “gioca un ruolo anche nei transistor termici, dispositivi in grado di dirigere il calore come degli interruttori elettrici, e nelle finestre intelligenti che regolano il loro flusso di calore a seconda del meteo”, secondo quanto riportato da Phys.org. Queste finestre intelligenti potrebbero aiutare a mantenere le temperature interne, migliorando notevolmente l’efficienza energetica degli edifici. L’impatto sugli obiettivi climatici sarebbe enorme, visto che, incredibilmente, oggi gli edifici consumano più energia dei trasporti e dell’industria messi insieme.

Il team di ricerca ha già testato l’applicazione del cristallo nelle finestre intelligenti. Come ha riportato Design Boom, “hanno scoperto che il materiale cambia trasparenza in base al suo contenuto di ossigeno, con la versione ricca di ossigeno che appare meno trasparente, mentre quella priva di ossigeno mostra una trasparenza maggiore”. Il team scientifico prevede anche potenziali applicazioni nell’elettronica, come nei sensori di ossigeno e nei sistemi di separazione dei gas.

“Questo è un passo importante verso la realizzazione di materiali intelligenti che possono adattarsi in tempo reale”, ha affermato il professor Ohta. “Le potenziali applicazioni vanno dall’energia pulita all’elettronica e persino ai materiali da costruzione ecologici”.

Per ora, il prossimo passo per i ricercatori è continuare a perfezionare la composizione e i metodi di lavorazione dei cristalli per ottimizzare prestazioni e durabilità. Attualmente vengono testate diverse alternative nella proposizione degli elementi per riuscirne a migliorare l’efficienza.