La foglia fotovoltaica che produce idrogeno: la svolta coreana che cambierà l’energia

Una svolta che potrebbe ridefinire il futuro dell’energia pulita arriva dalla Corea del Sud. Un team di scienziati guidato da Dharmesh Hansora e Jae Sung Lee dell’Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), in collaborazione con altri ricercatori, ha pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications i risultati di un lavoro che risolve un enigma decennale: la creazione di una “foglia artificiale” per produrre idrogeno in modo efficiente, duraturo e su larga scala.

L’idea, tanto semplice quanto potente, è quella di imitare la fotosintesi delle piante: usare la luce del sole per scindere le molecole d’acqua (H₂O) in ossigeno (O₂) e, soprattutto, in idrogeno (H₂), il combustibile pulito per eccellenza. Finora, però, tutti i tentativi si erano scontrati con tre ostacoli insormontabili: bassa efficienza, rapido deterioramento e l’impossibilità di creare dispositivi abbastanza grandi da essere pratici. Fino ad oggi.

Come Funziona la “Super Foglia” Coreana?

Immaginiamo un piccolo pannello, una vera e propria foglia tecnologica, che immersa nell’acqua e colpita dalla luce solare inizia a produrre bollicine di idrogeno e ossigeno, senza bisogno di cavi esterni o complesse infrastrutture. Il segreto di questo successo sta nei materiali e in un design geniale.

1. Il Cuore: Un Cristallo Super-Assorbente: Al centro del dispositivo c’è un cristallo fotovoltaico di nuova generazione a base di perovskite (specificamente FAPbI₃). Questo materiale è eccezionale nel catturare la luce solare e trasformarla in cariche elettriche, proprio come un pannello solare. Il problema della perovskite è sempre stata la sua fragilità, specialmente a contatto con l’acqua e sotto la luce UV.
2. Lo Scudo di Stabilità: Qui sta la vera innovazione. I ricercatori coreani hanno “drogato” il cristallo di perovskite con cloro e lo hanno abbinato a uno strato di trasporto degli elettroni, anch’esso modificato con cloro (ossido di stagno, Cl:SnO₂). Questa combinazione non solo ha potenziato l’efficienza, ma ha creato uno scudo interno che rende il cristallo incredibilmente più stabile e resistente ai raggi UV, a differenza delle soluzioni precedenti che si degradavano rapidamente.
   

   Come funziona la foglia votovoltaica, da Nature Communications

3. La Corazza Esterna e i Catalizzatori: Per proteggere il dispositivo dall’acqua, il delicato cuore in perovskite è stato incapsulato con una sottile lamina di nichel. Su questa lamina sono stati depositati dei catalizzatori speciali (uno a base di Nichel-Ferro-Cobalto per produrre ossigeno e uno a base di Cobalto-Molibdeno-Zolfo con una minima quantità di platino per produrre idrogeno) che accelerano la reazione chimica di scissione dell’acqua con una velocità impressionante.

I Risultati: Numeri da Record che Annunciano una Rivoluzione

Il team non si è limitato a creare un piccolo prototipo da laboratorio. I risultati sono sbalorditivi e centrano tutti gli obiettivi che la comunità scientifica inseguiva:

• Efficienza Epocale: Il dispositivo ha raggiunto un’efficienza di conversione da energia solare a idrogeno (STH) dell’11.2%. Superare la soglia del 10% è considerato il punto di svolta per la commercializzazione di questa tecnologia.
• Durabilità Incredibile: La foglia artificiale ha funzionato ininterrottamente per 140 ore mantenendo il 99% della sua performance iniziale. Una maratona di resistenza che dimostra la sua robustezza.
• Scalabilità Comprovata: I ricercatori hanno costruito un “mini-modulo” da 16 cm², assemblando celle più piccole, dimostrando che la tecnologia è scalabile e può essere prodotta in dimensioni simili a quelle dei pannelli fotovoltaici commerciali senza perdite significative di efficienza.

Le Ricadute: Un Futuro Alimentato a Idrogeno Solare senza passaggi intermedi

Le implicazioni di questa ricerca sono immense. Già ora abbiamo pannelli solari efficienti, anche al 30%, ma con dei difetti: prima di tutto non producono idrogeno, ma elettricità e se vogliamo idrogeno dall’energia elettrica utilizziamo un processo poco efficiente.  Inoltre l’idrogeno è accumulabile, l’energia elettrica molto meno, ed a costi più elevati. Questo pannelli che producono idrogeno risolvono il problema alla radice.

Se questa tecnologia venisse prodotta su larga scala, potremmo assistere a una vera e propria democratizzazione dell’energia. Immaginiamo pannelli sui tetti che non producono solo elettricità, ma anche idrogeno per alimentare le nostre auto, per riscaldare le nostre case o per le industrie.

Si tratta di un passo da gigante verso la realizzazione di un’economia basata sull’idrogeno verde, prodotto in modo decentralizzato, a basso costo e senza emissioni di carbonio. Una tecnologia che potrebbe garantire indipendenza energetica e dare una spallata decisiva alla nostra dipendenza dai combustibili fossili. La foglia artificiale non è più fantascienza, ma una concreta promessa per il futuro.