Sviluppare tecnologie per ridurre il costo della produzione di idrogeno verde

Sviluppare tecnologie per ridurre il costo della produzione di idrogeno verde

Timestamp: 2 giugno 2023 5:25
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02 giugno 2023 (Notizie Nanowerk) L'idrogeno verde, che produce idrogeno senza l'uso di combustibili fossili o l'emissione di anidride carbonica, è diventato sempre più importante negli ultimi anni come parte degli sforzi per realizzare un'economia decarbonizzata. Tuttavia, a causa degli elevati costi di produzione dei dispositivi per l’elettrolisi dell’acqua che producono idrogeno verde, la fattibilità economica dell’idrogeno verde non è stata molto elevata. Lo sviluppo di una tecnologia che riduce drasticamente la quantità di metalli rari come l'iridio e il platino utilizzati nei dispositivi di elettrolisi dell'acqua con membrana elettrolitica polimerica sta aprendo la strada alla riduzione dei costi di produzione. Un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Hyun S. Park e Sung Jong Yoo del Centro di ricerca sull’idrogeno e sulle celle a combustibile presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha annunciato di aver sviluppato una tecnologia in grado di ridurre significativamente la quantità di platino e iridio, metalli preziosi utilizzati nello strato di protezione degli elettrodi dei dispositivi per elettrolisi dell'acqua con membrana elettrolitica polimerica, e garantiscono prestazioni e durata pari a quelle dei dispositivi esistenti (Catalisi applicata B Ambientale, "Elettrolizzatore ad acqua ad alte prestazioni con utilizzo minimo di metalli del gruppo del platino: nanostrutture nucleo-guscio di nitruro di ferro e ossido di iridio per una reazione di evoluzione dell'ossigeno stabile ed efficiente"). forma di un catalizzatore fe2n Forma del catalizzatore realizzata con la nuova tecnologia (catalizzatore rosso-iridio/nitruro di ferro verde). (Immagine: Korea Institute of Science and Technology) In particolare, a differenza degli studi precedenti che si concentravano sulla riduzione della quantità di catalizzatore di iridio mantenendo la struttura che utilizza una grande quantità di platino e oro come strato di protezione dell'elettrodo, i ricercatori hanno sostituito il metallo prezioso nello strato di protezione dell'elettrodo con nitruro di ferro economico avente un'ampia area superficiale e rivestito uniformemente sopra una piccola quantità di catalizzatore di iridio, aumentando notevolmente l'efficienza economica del dispositivo di elettrolisi. Il dispositivo per l'elettrolisi dell'acqua con membrana elettrolitica polimerica è un dispositivo che produce idrogeno e ossigeno di elevata purezza decomponendo l'acqua utilizzando l'elettricità fornita da energia rinnovabile come l'energia solare e svolge un ruolo nella fornitura di idrogeno a varie industrie come la produzione dell'acciaio e quella chimica. Inoltre, per la conversione energetica è vantaggioso immagazzinare energia rinnovabile come energia da idrogeno, quindi aumentare l’efficienza economica di questo dispositivo è molto importante per la realizzazione dell’economia dell’idrogeno verde. In un tipico dispositivo di elettrolisi, ci sono due elettrodi che producono idrogeno e ossigeno, e per l'elettrodo che genera ossigeno, che funziona in un ambiente altamente corrosivo, sulla superficie dell'elettrodo è rivestito oro o platino a 1 mg/cm2 come strato protettivo per garantire durata ed efficienza produttiva, e 1-2 mg/cm2 di catalizzatore all'iridio è rivestito sulla parte superiore. I metalli preziosi utilizzati in questi dispositivi di elettrolisi hanno riserve e produzione molto basse, il che rappresenta un fattore importante che ostacola l’adozione diffusa di dispositivi per la produzione di idrogeno verde. Schema del processo di fabbricazione degli elettrodi Schema del processo di fabbricazione degli elettrodi per questo sviluppo. (Immagine: Korea Institute of Science and Technology) Per migliorare l'economia dell'elettrolisi dell'acqua, il team ha sostituito i metalli rari oro e platino utilizzati come strato protettivo per l'elettrodo dell'ossigeno nei dispositivi di produzione di idrogeno con membrana elettrolitica polimerica con nitruro di ferro poco costoso (Fe2N). Per fare ciò, il team ha sviluppato un processo composito che prima riveste uniformemente l’elettrodo con ossido di ferro, che ha una bassa conduttività elettrica, e poi converte l’ossido di ferro in nitruro di ferro per aumentarne la conduttività. Il team ha inoltre sviluppato un processo che riveste uniformemente un catalizzatore di iridio spesso circa 25 nanometri (nm) sopra lo strato protettivo di nitruro di ferro, riducendo la quantità di catalizzatore di iridio a meno di 0.1 mg/cm2, risultando in un elettrodo con elevata efficienza di produzione di idrogeno e durata. L'elettrodo sviluppato sostituisce l'oro o il platino utilizzati come strato protettivo per l'elettrodo generatore di ossigeno con nitruri di metalli non preziosi, mantenendo prestazioni simili alle unità di elettrolisi commerciali esistenti e riducendo la quantità di catalizzatore di iridio al 10% del livello esistente. Inoltre, l'unità di elettrolisi con i nuovi componenti è stata utilizzata per più di 100 ore per verificarne la stabilità iniziale. “Ridurre la quantità di catalizzatore di iridio e sviluppare materiali alternativi per lo strato protettivo di platino sono essenziali per l’uso economico e diffuso dei dispositivi di produzione di idrogeno verde con membrana elettrolitica polimerica, e l’uso di nitruro di ferro poco costoso invece del platino è di grande importanza”, ha affermato Dr. Hyun S. Park del KIST. "Dopo aver osservato ulteriormente le prestazioni e la durata dell'elettrodo, lo applicheremo ai dispositivi commerciali nel prossimo futuro."

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