I fisici dell'Università di Houston hanno scoperto un catalizzatore in grado di scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno, composto da facilmente reperibili, materiali a basso costo e che operano in modo molto più efficiente rispetto ai catalizzatori precedenti.

Ciò risolverebbe uno dei principali ostacoli che rimangono nell'uso dell'acqua per produrre idrogeno, una delle fonti più promettenti di energia pulita.

"L'idrogeno è la fonte di energia primaria più pulita che abbiamo sulla terra, " ha detto Paul C. W. Chu, TLL Temple Chair of Science e direttore fondatore e capo scienziato del Texas Center for Superconductivity presso UH. "L'acqua potrebbe essere la fonte più abbondante di idrogeno se si potesse separare l'idrogeno dal suo forte legame con l'ossigeno nell'acqua utilizzando un catalizzatore".

Chu e colleghi, tra cui i fisici Zhifeng Ren e Shuo Chen, entrambi sono anche investigatori principali presso il Texas Center for Superconductivity all'UH, segnalare la loro scoperta - un catalizzatore efficiente prodotto senza i costosi metalli preziosi più comunemente usati - questa settimana nel Atti dell'Accademia Naturale delle Scienze .

Altri ricercatori coinvolti nel progetto includono i ricercatori post-dottorato Haiqing Zhou e Fang Yu, e gli studenti laureati Jingying Sun e Ran He.

Il catalizzatore, composto da metafosfato ferroso cresciuto su una piattaforma conduttiva di schiuma di nichel, è molto più efficiente dei catalizzatori precedenti, oltre che meno costoso da produrre.

"Per quanto riguarda i costi, è molto più basso e dal punto di vista delle prestazioni, molto meglio, " ha detto Zhifeng Ren, M.D. Anderson professore di fisica e autore principale del documento. Il catalizzatore è anche durevole, operativo più di 20 ore e 10, 000 cicli in prova.

"Alcuni catalizzatori sono eccezionali ma sono stabili solo per una o due ore, "Ren ha detto. "Questo è inutile."

Sebbene sia semplice in teoria, la scissione dell'acqua in idrogeno e ossigeno è un processo complesso, che richiedono due reazioni separate:una reazione di evoluzione dell'idrogeno e una reazione di evoluzione dell'ossigeno, ciascuno richiede un elettrodo separato. Mentre l'idrogeno è il componente più prezioso, non si può produrre senza produrre anche ossigeno. E mentre sono disponibili catalizzatori a idrogeno efficienti, Ren ha affermato che la mancanza di un catalizzatore di ossigeno economico ed efficiente ha creato un collo di bottiglia nel campo.

L'idrogeno ha una serie di vantaggi. "Idrogeno (H2) prodotto dalla scissione dell'acqua mediante un processo elettrochimico, chiamata elettrolisi dell'acqua, è stata considerata una risorsa energetica pulita e sostenibile per sostituire i combustibili fossili e soddisfare la crescente domanda globale di energia, poiché l'acqua è sia l'unico materiale di partenza che il sottoprodotto quando l'energia pulita viene prodotta riconvertendo H2 in acqua, " hanno scritto i ricercatori.

E a differenza dell'energia solare, energia eolica e altre energie "pulite", l'idrogeno può essere facilmente immagazzinato.

Attualmente, la maggior parte dell'idrogeno è prodotto attraverso il reforming del metano a vapore e la gassificazione del carbone; questi metodi aumentano l'impronta di carbonio del carburante nonostante il fatto che bruci in modo pulito.

Chen ha detto che le reazioni di evoluzione dell'ossigeno spesso dipendono da un elettrocatalizzatore che utilizza un "metallo nobile" - iridio, platino o rutenio. Ma quelli sono costosi e non facilmente disponibili.

"In questo lavoro, abbiamo scoperto un elettrocatalizzatore altamente attivo e stabile basato su elementi abbondanti sulla terra, che supera anche quelli a base di metalli nobili, " ha detto. "La nostra scoperta potrebbe portare a un approccio più economico per la produzione di idrogeno dall'elettrolisi dell'acqua".

La scissione dell'acqua può essere innescata sia dalla corrente elettrica che dalla fotocatalisi, sfruttando la forza del sole. La scissione dell'acqua a energia solare diretta è troppo inefficiente, poiché l'acqua può assorbire solo una piccola parte dello spettro luminoso. Idealmente, Ren ha detto, l'energia solare verrebbe utilizzata per generare l'energia elettrica utilizzata per dividere l'acqua.