Una svolta storica nell’energia pulita: il nuovo catalizzatore che rende l’idrogeno un concorrente del petrolio

L’energia a idrogeno è da tempo la grande promessa per un futuro a zero emissioni, ma ha sempre avuto un ostacolo insormontabile: il costo proibitivo. Le “banche di energia a idrogeno”, note come celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEMFC), producono elettricità in modo pulito, con l’acqua come unico sottoprodotto, ma richiedono un ingrediente rarissimo e carissimo: il platino, che funge da catalizzatore.

Fino a oggi, la dipendenza dal platino ha reso l’adozione su larga scala delle celle a combustibile un’utopia, limitandone l’uso a nicchie specifiche. Ma ora, un team di scienziati cinesi ha compiuto un passo che potrebbe cambiare per sempre le sorti di questo settore. La scoperta, pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature, riguarda un nuovo catalizzatore a base di ferro, molto più economico e abbondante, che non solo eguaglia, ma in certi aspetti supera le prestazioni del platino.

Il segreto del “doppio guscio”

Si sapeva che il ferro potesse agire da catalizzatore ed erano già state compiute delle sperimentazioni in materia, ma con risultati non entusiasmanti. Il grande problema dei catalizzatori a base di ferro precedenti era la loro scarsa durabilità e la difficoltà nel funzionare in modo efficiente. La novità di questo team, guidato dal Prof. Dan Wang, è un design rivoluzionario chiamato “attivazione interna, protezione esterna“. Hanno creato una struttura a “gusci multipli” (chiamata HoMS) in cui gli atomi di ferro sono nascosti all’interno, protetti da un guscio esterno di carbonio grafitizzato.

Catalizzatore a doppio guscio

Questa ingegnosa architettura risolve due problemi cruciali:

1. Protezione: Il guscio esterno protegge il catalizzatore dalle reazioni che lo degradano (le cosiddette “reazioni di Fenton” una forma di ossidazione), garantendo una durata eccezionale.
2. Efficienza: La particolare forma curva e la posizione interna degli atomi di ferro aumentano notevolmente l’efficienza della reazione, permettendo al catalizzatore di funzionare con una rapidità e una stabilità mai viste prima.

I risultati sono stati sorprendenti: il nuovo catalizzatore ha raggiunto una densità di potenza record di 0.75 W cm-2 e ha mantenuto l’86% della sua attività per oltre 300 ore di funzionamento continuo. Questo lo rende uno dei migliori catalizzatori non a base di platino mai realizzati.

Che cosa significa per l’economia?

Questa scoperta non è solo un trionfo scientifico, ma ha un impatto potenzialmente notevole sull’economia globale. Rendendo le celle a combustibile a idrogeno più economiche e durature, si aprono le porte a una loro massiccia diffusione in settori chiave:

• Trasporti: Auto, camion e persino navi e aerei a idrogeno potrebbero diventare economicamente competitivi con i loro equivalenti a combustione interna o elettrici a batteria.
• Produzione energetica: Le celle a combustibile potrebbero essere utilizzate per la generazione stazionaria di energia, offrendo una fonte pulita e affidabile per case, industrie e centri dati.
• Elettronica portatile: Dispositivi come droni o generatori portatili potrebbero beneficiare di una fonte di energia pulita e a lunga durata.

La sfida al platino è lanciata, e il ferro, metallo industriale per eccellenza, si prepara a guidare la prossima rivoluzione dell’energia pulita. Questa innovazione potrebbe portare a una maggiore diffusione delle celle a combustibile, soprattutto se proseguirà ikl miglioramento delle performance di questo strumento a doppio scudo.