dal sole all’idrogeno: nuovo tipo di pannello solare raggiunge record nella scissione dell’acqua

Dal sole all’idrogeno, senza passare attraverso la produzione di energia elettrica. Un nuovo tipo di pannello solare ha raggiunto un’efficienza del nove per cento nella conversione dell’acqua in idrogeno e ossigeno attraverso un processo noto come fotosintesi artificiale.

Si tratta di un importante passo avanti, poiché è quasi dieci volte più efficiente dei precedenti esperimenti di scissione dell’acqua tramite l’uso diretto della luce solare, come rivela un comunicato stampa dell’Università del Michigan pubblicato mercoledì.

“Alla fine, crediamo che i dispositivi di fotosintesi artificiale saranno in futuro molto più efficienti della fotosintesi naturale, il che fornirà un percorso verso la neutralità del carbonio diverso da quello attuale”, ha dichiarato Zetian Mi, professore di ingegneria elettrica e informatica dell’U-M.

Il team che ha condotto lo studio, guidato da Mi, è riuscito a ridurre le dimensioni del semiconduttore, di solito la parte più costosa del dispositivo, e ha sviluppato un semiconduttore autorigenerante in grado di resistere a una luce concentrata equivalente a 160 quella emessa dal sole. Questo è necessario perché, per aumentare l’efficienza del processo, la luce solare viene concentrata tramite una lente. La concentrazione delle luce senza danneggiare il semiconduttore catalizzante è uno dei passi vincenti di questa tecnologia e permetterà di renderla economicamente conveniente.

Un’altra caratteristica del processo individuato è  la scissione dell’acqua utilizzando la porzione di energia più alta dello spettro solare, ma con il riscaldamento della reazione utilizzando la porzione di energia più bassa dello spettro, per cui si utilizza tutta l’emissione solare. Un vantaggio dell’operare ad alta temperatura risiede poi nel fatto che queste spingono l’idrogeno e l’ossigeno a rimanere separati piuttosto che riformare i loro legami, facilitando la raccolta dell’idrogeno.

Un particolare del catalizzatore, (fonte Università del Michigan)

“Abbiamo ridotto le dimensioni del semiconduttore di oltre 100 volte rispetto ad alcuni semiconduttori che funzionano solo a bassa intensità luminosa”, ha dichiarato Peng Zhou, primo autore dello studio, ricercatore dell’U-M in ingegneria elettrica e informatica. “L’idrogeno prodotto dalla nostra tecnologia potrebbe essere molto economico”, affermano i ricercatori.

Il semiconduttore è composto da sfere metalliche in scala nanometrica, della dimensione di 1/2000 di millimetro sono sparse nelle nanostrutture e sfruttano gli elettroni e i buchi presenti nell’ambiente per guidare la reazione.

La temperatura viene mantenuta a 75 gradi Celsius durante la reazione grazie a un semplice strato isolante posto sopra lo schermo. La temperatura è sufficientemente elevata per favorire la reazione, pur rimanendo sufficientemente fredda per consentire al catalizzatore semiconduttore di funzionare efficacemente.

Il team di ricerca dell’Università del Michigan  ha in programma di continuare a migliorare l’efficienza della tecnologia e di produrre idrogeno ad altissima purezza che possa essere utilizzato direttamente nelle celle a combustibile.