La domanda di fonti di carburante ecocompatibili è in aumento poiché l'obiettivo di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili diventa comunemente riconosciuto. L'idrogeno rappresenta una possibile fonte di combustibile sostenibile quando è prodotto dall'acqua e bruciato con ossigeno perché solo l'acqua viene rilasciata come sottoprodotto. L'ossidazione dell'idrogeno per rilasciare energia e acqua utilizzando celle a combustibile contenenti catalizzatori è oggetto di intensa ricerca. Però, i catalizzatori utilizzati nell'ossidazione dell'idrogeno generalmente soffrono di avvelenamento da monossido di carbonio, che è presente come contaminante nel gas idrogeno commerciale. Così, la capacità di ossidare sia l'idrogeno che il monossido di carbonio nello stesso sistema di reazione è una prospettiva interessante per evitare l'avvelenamento del catalizzatore e aumentare l'efficienza della produzione di energia dall'idrogeno.

Una collaborazione guidata dall'Università di Kyushu ha recentemente sviluppato un catalizzatore in grado di ossidare sia l'idrogeno che il monossido di carbonio a seconda del pH del sistema di reazione. Il catalizzatore imita il comportamento di due enzimi:idrogenasi in ambiente acido (pH 4-7) e monossido di carbonio deidrogenasi in ambiente basico (pH 7-10). Il catalizzatore è un complesso solubile in acqua contenente atomi di metallo di nichel e iridio con una struttura unica a "farfalla". I ricercatori hanno studiato la capacità del loro catalizzatore di ossidare idrogeno e monossido di carbonio in una miscela 1:1. È importante sottolineare che sono stati in grado di isolare vari intermedi nei processi di ossidazione per confermare i meccanismi di ossidazione dell'idrogeno e del monossido di carbonio da parte del catalizzatore.

"Abbiamo scoperto che il catalizzatore ha reagito con l'idrogeno per formare un complesso di idruri in condizioni acide, " dice il primo autore, il professor Seiji Ogo, Facoltà di Ingegneria/Istituto internazionale per la ricerca sull'energia a emissioni zero (WPI-I2CNER), Università di Kyushu. "Inoltre, il catalizzatore si coordina facilmente con il monossido di carbonio, che è stato ossidato ad anidride carbonica in condizioni basiche."

Il team ha quindi studiato la resistenza del loro catalizzatore all'avvelenamento da monossido di carbonio in un prototipo di cella a combustibile utilizzando gas di alimentazione di idrogeno, monossido di carbonio, e una miscela 1:1 dei due. La densità di potenza della cella a combustibile contenente il catalizzatore dipendeva dal pH del sistema e dalla composizione del gas di alimentazione. L'ossidazione dell'idrogeno da parte del catalizzatore è stata facilitata a pH basso (condizioni acide) e l'ossidazione del monossido di carbonio è stata più rapida a pH elevato (condizioni di base); queste tendenze corrispondono bene con il comportamento osservato per i relativi enzimi.

"La capacità del nostro catalizzatore di utilizzare sia l'idrogeno che il monossido di carbonio come fonti energetiche rappresenta un importante progresso nella tecnologia dell'idrogeno, " spiega Ogo.

Si prevede che i catalizzatori per l'ossidazione dell'idrogeno in grado di resistere all'avvelenamento da monossido di carbonio consentiranno lo sviluppo di celle a combustibile a idrogeno con prestazioni migliorate, rappresentando un altro passo nel cammino verso l'obiettivo finale di una società sostenibile.