Idrogeno dall’acqua attraverso il Sole: scienziati giapponesi sviluppano nuova tecnologia

Scienziati giapponesi hanno sviluppato un nuovo metodo per trasformare l’acqua in idrogeno utilizzando la luce del sole. Utilizzando uno speciale fotocatalizzatore, questa nuova tecnologia potrebbe contribuire a creare un combustibile a idrogeno più economico, abbondante e sostenibile per varie applicazioni. La tecnologia è agli inizi e il rendimento è ancora basso, ma c’è spazio per crescere.

Attualmente, la maggior parte dell’idrogeno libero deriva da materie prime di gas naturale, il che significa che non è possibile abbandonare i combustibili fossili a favore di un’opzione più ecologica. Esiste anche l’idrogeno bianco o dorato, ma è di complessa identificazione ed estrazione.  Tuttavia, questo metodo di facile produzione alimentato dalla luce solare potrebbe rivelarsi fondamentale se si vuole che l’idrogeno diventi un’alternativa in futuro.

“La scissione dell’acqua guidata dalla luce solare mediante fotocatalizzatori è una tecnologia ideale per la conversione e l’immagazzinamento dell’energia da solare a chimica e i recenti sviluppi nei materiali e nei sistemi fotocatalitici fanno ben sperare per la sua realizzazione”, ha spiegato il Prof. Kazunari Domen della Shinshu University, autore senior dell’articolo pubblicato su Frontiers in Science.

“Tuttavia, rimangono ancora molte sfide”, ha aggiunto.

Il principio alla base del nuovo processo è la scissione dell’acqua in ossigeno e idrogeno. Sebbene sembri semplice, si tratta di un processo ad alta intensità energetica che richiede un catalizzatore, in questo caso uno speciale chiamato fotocatalizzatore.

Sisstema di immagazzinaggio dell’idrogeno

Idrogeno dall’acqua con la luce

Quando sono esposti alla luce, questi catalizzatori facilitano le reazioni chimiche che scompongono l’acqua nei suoi componenti. Il concetto non è nuovo, ma la maggior parte di quelli esistenti, cosiddetti “one-step”, sono inefficienti e hanno un tasso di conversione dell’energia solare in idrogeno molto basso.

Esiste anche un altro sistema di eccitazione a due fasi, più sofisticato e più efficiente. In questi sistemi, un fotocatalizzatore genera idrogeno dall’acqua, mentre un altro produce ossigeno.

Il team giapponese ha scelto questo secondo processo “a due fasi” di scissione dell’acqua. “La tecnologia di conversione dell’energia solare non può funzionare di notte o in caso di maltempo”, ha dichiarato il dottor Takashi Hisatomi della Shinshu University, altro autore dello studio.

“Ma immagazzinando l’energia della luce solare come energia chimica dei materiali combustibili, è possibile utilizzarla sempre e ovunque”, ha aggiunto.

Il team di Domen e Hisatomi ha prodotto una prova di concetto di successo facendo funzionare un reattore di 1.076 ft2 (100 m2) per tre anni. Il reattore si è addirittura comportato meglio alla luce del sole che in condizioni di laboratorio.

“Nel nostro sistema, che utilizza un fotocatalizzatore reattivo ai raggi ultravioletti, l’efficienza di conversione dell’energia solare è stata circa una volta e mezza superiore alla luce naturale del sole”, ha dichiarato Hisatomi.

Non solo teoria

“La luce solare standard simulata utilizza uno spettro proveniente da una regione a latitudine leggermente elevata. L’efficienza di conversione dell’energia solare potrebbe essere maggiore nelle aree in cui la luce solare naturale ha più componenti a breve lunghezza d’onda rispetto alla luce solare simulata di riferimento. Tuttavia, attualmente l’efficienza con la luce solare standard simulata è al massimo dell’1% e non raggiungerà il 5% di efficienza con la luce solare naturale”, ha aggiunto.

Per far progredire la tecnologia e infrangere la barriera del 5%, il team afferma che i ricercatori devono sviluppare fotocatalizzatori più efficienti e costruire reattori sperimentali più grandi.

“L’aspetto più importante da sviluppare è l’efficienza della conversione dell’energia solare in energia chimica da parte dei fotocatalizzatori”, ha spiegato Domen.

“Se questa efficienza sarà migliorata fino a raggiungere un livello pratico, molti ricercatori lavoreranno seriamente allo sviluppo di una tecnologia di produzione di massa, di processi di separazione dei gas e di costruzione di impianti su larga scala. Questo cambierà anche il modo in cui molte persone, compresi i politici, pensano alla conversione dell’energia solare e accelererà lo sviluppo di infrastrutture, leggi e regolamenti relativi ai combustibili solari”, ha concluso.