Estrazione di un combustibile pulito dall'acqua

Estrazione di un combustibile pulito dall'acqua

Timestamp: 30 maggio 2023 3:43
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30 maggio 2023 (Notizie Nanowerk) Un'abbondante fornitura di energia pulita è in agguato in bella vista. È l'idrogeno che possiamo estrarre dall'acqua (H2O) utilizzo di energia rinnovabile. Gli scienziati stanno cercando metodi a basso costo per produrre idrogeno pulito dall'acqua per sostituire i combustibili fossili, come parte della ricerca per combattere il cambiamento climatico. L'idrogeno può alimentare i veicoli emettendo nient'altro che acqua. L'idrogeno è anche una sostanza chimica importante per molti processi industriali, in particolare nella produzione di acciaio e ammoniaca. L'uso di idrogeno più pulito è altamente desiderabile in questi settori. Un team multi-istituzionale guidato dall'Argonne National Laboratory ha sviluppato un catalizzatore a basso costo per un processo che produce idrogeno pulito dall'acqua. Altri contributori includono i Sandia National Laboratories e il Lawrence Berkeley National Laboratory del DOE, nonché Giner Inc. Questa ricerca è stata pubblicata su Scienze ("Catalizzatore di evoluzione dell'ossigeno di spinello di cobalto drogato con La e Mn per l'elettrolisi della membrana a scambio protonico"). Bolle di ossigeno che si evolvono da particelle catalitiche fibrose interconnesse (a destra) durante la reazione elettrocatalitica con l'acqua. Struttura reticolare per catalizzatore a base di cobalto a sinistra. Bolle di ossigeno che si evolvono da particelle catalitiche fibrose interconnesse (a destra) durante la reazione elettrocatalitica con l'acqua. Struttura reticolare per catalizzatore a base di cobalto a sinistra. (Immagine: Argonne National Laboratory/Lina Chong e Longsheng Wu utilizzando uno sfondo Shutterstock) "Un processo chiamato elettrolisi produce idrogeno e ossigeno dall'acqua ed è in circolazione da più di un secolo", ha affermato Di-Jia Liu, chimico senior presso Argonne. Ricopre anche un incarico congiunto presso la Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago. Gli elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM) rappresentano una nuova generazione di tecnologia per questo processo. Possono dividere l'acqua in idrogeno e ossigeno con maggiore efficienza a temperatura ambiente. Il ridotto fabbisogno energetico li rende una scelta ideale per produrre idrogeno pulito utilizzando fonti rinnovabili ma intermittenti, come il solare e l'eolico. Questo elettrolizzatore funziona con catalizzatori separati per ciascuno dei suoi elettrodi (catodo e anodo). Il catalizzatore catodico produce idrogeno, mentre il catalizzatore anodo forma ossigeno. Un problema è che il catalizzatore dell'anodo utilizza l'iridio, che ha un prezzo di mercato attuale di circa $ 5,000 l'oncia. La mancanza di fornitura e l'alto costo dell'iridio rappresentano un ostacolo importante per l'adozione diffusa degli elettrolizzatori PEM. L'ingrediente principale del nuovo catalizzatore è il cobalto, che è sostanzialmente più economico dell'iridio. "Abbiamo cercato di sviluppare un catalizzatore anodico a basso costo in un elettrolizzatore PEM che genera idrogeno ad alto rendimento consumando energia minima", ha detto Liu. "Utilizzando il catalizzatore a base di cobalto preparato con il nostro metodo, si potrebbe rimuovere il principale collo di bottiglia dei costi per la produzione di idrogeno pulito in un elettrolizzatore". Giner Inc., una delle principali società di ricerca e sviluppo che lavora per la commercializzazione di elettrolizzatori e celle a combustibile, ha valutato il nuovo catalizzatore utilizzando le sue stazioni di prova per elettrolizzatori PEM in condizioni operative industriali. Le prestazioni e la durata superavano di gran lunga quelle dei catalizzatori della concorrenza. Importante per migliorare ulteriormente le prestazioni del catalizzatore è la comprensione del meccanismo di reazione su scala atomica in condizioni operative dell'elettrolizzatore. Il team ha decifrato i cambiamenti strutturali critici che si verificano nel catalizzatore in condizioni operative utilizzando analisi a raggi X presso l'Advanced Photon Source (APS) ad Argonne. Hanno anche identificato le caratteristiche chiave del catalizzatore utilizzando la microscopia elettronica presso i Sandia Labs e presso l'Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM). L'APS e il CNM sono entrambi strutture per gli utenti del DOE Office of Science. "Abbiamo ripreso la struttura atomica sulla superficie del nuovo catalizzatore in varie fasi di preparazione", ha affermato Jianguo Wen, uno scienziato dei materiali Argonne. Inoltre, la modellazione computazionale presso il Berkeley Lab ha rivelato importanti informazioni sulla durabilità del catalizzatore in condizioni di reazione. Il risultato del team è un passo avanti nell'iniziativa Hydrogen Energy Earthshot del DOE, che imita gli Stati Uniti "Moon Shot" del programma spaziale degli anni '1960. Il suo obiettivo ambizioso è ridurre il costo della produzione di idrogeno verde a un dollaro per chilogrammo in un decennio. La produzione di idrogeno verde a quel costo potrebbe rimodellare l'economia della nazione. Le applicazioni includono la rete elettrica, la produzione, i trasporti e il riscaldamento residenziale e commerciale.

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