La spiegazione di un fenomeno scientifico apre la strada a un nuovo modo economico di stoccare l’idrogeno

Per decenni, l'”hydrogen spillover“, la “Fuga dell’idrogeno” è stato un enigma scientifico, che ha affascinato silenziosamente i ricercatori con il suo potenziale per rivoluzionare l’energia pulita.

Il fenomeno coinvolge piccole nanoparticelle metalliche che, ancorate a ossidi termicamente stabili come la silice, mostrano un comportamento curioso. Gli atomi di idrogeno, si riversano dal metallo all’ossido, formando quello che gli scienziati chiamano “spillover di idrogeno”.

Sebbene questo fenomeno sia stato descritto per la prima volta nel 1964, la sua vera natura e il suo potenziale sono rimasti avvolti nel mistero. Tuttavia, una recente scoperta della Penn State ha fatto luce su questo enigma di lunga data.

Mistero svelato

Bert Chandler, professore di ingegneria chimica e chimica presso la Penn State, ha guidato un gruppo di ricerca che ha raggiunto un obiettivo un tempo considerato impossibile. Non solo hanno svelato come e perché si verifica la fuoriuscita di idrogeno, ma hanno anche fornito la prima misurazione quantitativa di questo intricato processo.

I risultati, pubblicati su Nature Catalysis, aprono le porte a una comprensione più approfondita dell’attivazione e dello stoccaggio dell’idrogeno, con immense promesse per il settore dell’energia pulita.

Chandler ha spiegato che il team di ricerca ha impiegato un sistema unico di oro su titania, dimostrando la scissione efficiente e reversibile delle molecole di idrogeno in atomi di idrogeno.

Questa scoperta permette di stoccare l’idrogeno a temperature più elevate in forma atomica perchè questi catalisti permettomno di scoindere le molecole di idrogeno e di “Attaccare” i singoli atomi ai catalizzatori.

Implicazioni per l’energia pulita

I sistemi di spillover dell’idrogeno comportano la scissione dell’idrogeno gassoso in atomi di idrogeno equivalenti: protoni ed elettroni. In questo processo, i protoni si attaccano alla superficie del materiale mentre gli elettroni entrano nella banda di conduzione dell’ossido semiconduttore vicino alla superficie. Questa scoperta apre la strada ad applicazioni innovative, tra cui la conversione di questi atomi di idrogeno in carburante pulito e lo stoccaggio dell’idrogeno.

Ciò che distingue questa ricerca è il ruolo dell’entropia, che svolge un ruolo cruciale nel trasportare gli atomi dal metallo al substrato. A differenza delle precedenti ipotesi, secondo le quali l’energia termica era la forza motrice principale, il team di Chandler ha scoperto che l’entropia era l’elemento chiave, fornendo una comprensione più sfumata del fenomeno.

“Siamo ora in grado di spiegare come funziona l’hydrogen spillover, perché funziona e cosa lo guida. E, per la prima volta, siamo riusciti a misurarlo, il che è fondamentale”, ha dichiarato Chandler, sottolineando l’importanza dei risultati ottenuti. “Una volta quantificato, si può vedere come cambia, capire come controllarlo e come applicarlo a nuovi problemi”.

“Siamo stati molto fortunati nella scelta del sistema, che abbiamo selezionato perché eravamo già interessati al funzionamento dell’oro come catalizzatore”, ha spiegato Chandler. “Non abbiamo inventato una nuova chimica, abbiamo solo raccolto i dati. Ci sono voluti sei anni di misurazioni e rimisurazioni”.

“L’entropia guida la diffusione dell’idrogeno”.

Le implicazioni di questa scoperta sono immense, soprattutto nel campo dello sviluppo dell’energia pulita. Rappresenta una testimonianza del processo scientifico, dove la curiosità, la perseveranza e la sperimentazione rigorosa possono portare a scoperte profonde.

“La scienza è un processo che si autocorregge. Sapevamo da tempo dell’esistenza dello spillover, ma nessuno aveva trovato il sistema giusto per quantificarlo e comprenderlo. Abbiamo raccolto i dati e capito come spiegare il fenomeno. È emerso che l’equilibrio delle energie che utilizziamo non è sempre ovvio e che l’entropia può guidare cose che non ci aspettiamo”, ha aggiunto Chandler.