L’idrogeno è una delle fonti rinnovabili pù promettenti. Uno dei suoi limiti è però quello relativo allo stoccaggio, ancora difficoltoso sopratutto se di piccola taglia. Una soluzione potrebbe arrivare dal Canada, dove un team di ricercatori della McGill University di Montreal, guidato dai professori Chao-Jun Li e Zetian Mi, ha sviluppato un metodo, ritenuto semplice ed efficiente, per immagazzinare, trasportare e rilasciare idrogeno su larga scala. Il processo prevede l' utilizzo di energia solare nel processo (reversibile) di assemblamento e smontaggio degli atomi di idrogeno su un anello a sei atomi di carbonio, comunemente chiamato benzene.
Vantaggi e limiti dell'idrogeno
L'idrogeno- spiegano i ricercatori nello studio pubblicato nello scorso numero del Journal of American Chemical Society- ha una densità di energia per massa (MJ/kg) molto elevata, ma una densità di energia per volume (MJ/L) molto bassa. L'alta densità per massa, almeno tre volte superiore a quella di altri combustibili chimici, è ciò che rende l'idrogeno un vettore energetico estremamente interessante. Di contro, la bassa densità di energia per volume rende difficoltoso l'accumulo di grandi quantità di idrogeno in piccoli spazi. Per superare questo problema, l'idrogeno viene spesso conservato a pressioni alte o a basse temperature, ma questi metodi di stoccaggio sono difficoltosi.
Il ruolo degli idrocarburi
?Il nuovo sistema di stoccaggio di idrogeno funziona anche in normali condizioni ambientali e immagazzina l'idrogeno in molecole chiamate idrocarburi. I ricercatori hanno dimostrato che è possibile aggiungere al benzene (C6H6) sei atomi di idrogeno grazie a un processo chiamato "di idrogenazione" che dà vita a un cicloesano (C6H12), che funge da vettore idrogeno. Nel processo inverso, il cicloesano viene "deidrogenato", permettendo ai sei atomi di carbonio di essere rimossi e resi disponibili per l'uso in dispositivi di accumulo e altre applicazioni.
Grazie al solare la deidrogenazione avviene a temperatura ambiente
A dire il vero questo metodo di stoccaggio degli atomi di idrogeno in idrocarburi non è nuovo, ma poiché il processo di deidrogenazione richiede una grande quantità di energia, viene attualmente sviluppato ad alte temperature, poco efficienti e in molti casi inadatte. Da qui la novità introdotta dai ricercatori canadesi: l'aver dimostrato che attraverso l'energia solare fosse possibile attuare il processo di deidrogenazione a temperatura ambiente. Questo processo comporta l'uso di nanoparticelle a base di platino come fotocatalizzatori. Dopo aver assorbito i fotoni, le nanoparticelle di platino donano temporaneamente i loro elettroni fotoecittati alle molecole del cicloesano, rompendo i legami fra carbonio ed idrogeno e rilasciando gli atomi di idrogeno, senza la necessità di temperature elevate.
I risultati raggiunti
I test hanno dimostrato che questo processo che può essere definito di “foto-deidrogenazione” avviene rapidamente (in pochi secondi), converte il 99% del cicloesano inbenzene, ed ha una efficienza quantica (H2 prodotta per fotone utilizzato) del 6,0%, una percentuale molto competitiva rispetto alle attuali performance dei dispositivi che utilizzano il solare senza l'ausilio di un voltaggio esterno.
Non utilizzabile per i veicoli
Per far iniziare questo processo di idrogenazione, i ricercatori hanno semplicemente rimosso la sorgente luminosa, provocando il 'ricongiungimento' degli atomi di idrogeno al benzene. Utilizzando questo metodo, il 97% dei benzeni possono essere riconvertiti cicloesani, e il ciclo può essere ripetuto diverse volte. I ricercatori si aspettano che questa strategia possa essere più adatta per le applicazioni stazionarie- come ad esempio per lo stoccaggio e il trasporto di energia prodotta da turbine eoliche o da altre fonti di energia alternativa- piuttosto che nei veicoli, perché c'è necessità di luce solare.
Brevetto provvisorio
La McGill University ha attualmente depositato un brevetto provvisorio su questa tecnologia. Per il futuro, gli scienziati prevedono di migliorare il sistema di stoccaggio e di sviluppare catalizzatori metallici ancora più economici ed abbondanti, come il ferro, al fine di aumentare ulteriormente l'efficienza quantica.
Vantaggi e limiti dell'idrogeno
L'idrogeno- spiegano i ricercatori nello studio pubblicato nello scorso numero del Journal of American Chemical Society- ha una densità di energia per massa (MJ/kg) molto elevata, ma una densità di energia per volume (MJ/L) molto bassa. L'alta densità per massa, almeno tre volte superiore a quella di altri combustibili chimici, è ciò che rende l'idrogeno un vettore energetico estremamente interessante. Di contro, la bassa densità di energia per volume rende difficoltoso l'accumulo di grandi quantità di idrogeno in piccoli spazi. Per superare questo problema, l'idrogeno viene spesso conservato a pressioni alte o a basse temperature, ma questi metodi di stoccaggio sono difficoltosi.
Il ruolo degli idrocarburi
?Il nuovo sistema di stoccaggio di idrogeno funziona anche in normali condizioni ambientali e immagazzina l'idrogeno in molecole chiamate idrocarburi. I ricercatori hanno dimostrato che è possibile aggiungere al benzene (C6H6) sei atomi di idrogeno grazie a un processo chiamato "di idrogenazione" che dà vita a un cicloesano (C6H12), che funge da vettore idrogeno. Nel processo inverso, il cicloesano viene "deidrogenato", permettendo ai sei atomi di carbonio di essere rimossi e resi disponibili per l'uso in dispositivi di accumulo e altre applicazioni.
Grazie al solare la deidrogenazione avviene a temperatura ambiente
A dire il vero questo metodo di stoccaggio degli atomi di idrogeno in idrocarburi non è nuovo, ma poiché il processo di deidrogenazione richiede una grande quantità di energia, viene attualmente sviluppato ad alte temperature, poco efficienti e in molti casi inadatte. Da qui la novità introdotta dai ricercatori canadesi: l'aver dimostrato che attraverso l'energia solare fosse possibile attuare il processo di deidrogenazione a temperatura ambiente. Questo processo comporta l'uso di nanoparticelle a base di platino come fotocatalizzatori. Dopo aver assorbito i fotoni, le nanoparticelle di platino donano temporaneamente i loro elettroni fotoecittati alle molecole del cicloesano, rompendo i legami fra carbonio ed idrogeno e rilasciando gli atomi di idrogeno, senza la necessità di temperature elevate.
I risultati raggiunti
I test hanno dimostrato che questo processo che può essere definito di “foto-deidrogenazione” avviene rapidamente (in pochi secondi), converte il 99% del cicloesano inbenzene, ed ha una efficienza quantica (H2 prodotta per fotone utilizzato) del 6,0%, una percentuale molto competitiva rispetto alle attuali performance dei dispositivi che utilizzano il solare senza l'ausilio di un voltaggio esterno.
Non utilizzabile per i veicoli
Per far iniziare questo processo di idrogenazione, i ricercatori hanno semplicemente rimosso la sorgente luminosa, provocando il 'ricongiungimento' degli atomi di idrogeno al benzene. Utilizzando questo metodo, il 97% dei benzeni possono essere riconvertiti cicloesani, e il ciclo può essere ripetuto diverse volte. I ricercatori si aspettano che questa strategia possa essere più adatta per le applicazioni stazionarie- come ad esempio per lo stoccaggio e il trasporto di energia prodotta da turbine eoliche o da altre fonti di energia alternativa- piuttosto che nei veicoli, perché c'è necessità di luce solare.
Brevetto provvisorio
La McGill University ha attualmente depositato un brevetto provvisorio su questa tecnologia. Per il futuro, gli scienziati prevedono di migliorare il sistema di stoccaggio e di sviluppare catalizzatori metallici ancora più economici ed abbondanti, come il ferro, al fine di aumentare ulteriormente l'efficienza quantica.
