(Phys.org)—Attualmente uno dei modi più efficienti per immagazzinare l'energia solare è trasferire l'energia a catalizzatori che dividono l'acqua in idrogeno e ossigeno. Quindi l'idrogeno può essere utilizzato come combustibile o successivamente ricombinato con l'ossigeno per produrre acqua e rilasciare elettricità quando necessario.

Però, uno dei problemi con l'utilizzo dell'acqua per immagazzinare l'energia solare è che i catalizzatori sono costituiti da elementi abbondanti in terra (come manganese, cobalto, e nichel) che si corrodono in acqua a pH neutro. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno progettato catalizzatori autorigeneranti in grado di rigenerarsi in presenza di altri elementi, come ioni fosfato o borato carichi negativamente.

Una delle caratteristiche notevoli dei catalizzatori autorigeneranti è che, finché sono in funzione, non c'è limite al numero di volte in cui possono guarire da soli.

Ora in un nuovo articolo pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , due dei ricercatori che hanno sviluppato il catalizzatore di autoguarigione, Cyrille Costentin alla Paris Diderot University e Daniel G. Nocera alla Harvard University, hanno studiato come funziona questo processo a un livello più dettagliato.

"Questo documento fornisce un modello quantitativo per l'autoguarigione, " Ha detto Nocera Phys.org . "In realtà si estende oltre l'energia e fornisce una tabella di marcia per la progettazione di qualsiasi catalizzatore autorigenerante. Il set di regole è l'autoassemblaggio e la catalisi. Se l'input di energia per il funzionamento del catalizzatore è maggiore di quello per l'autoassemblaggio, allora il catalizzatore dovrebbe essere auto-guarigione. Quindi i principi sviluppati in questo documento sono generali".

Come mostrano i ricercatori nel loro lavoro, un catalizzatore può autorigenerarsi se il processo di autoriparazione richiede meno energia di quella necessaria per il normale funzionamento del catalizzatore. Un modo semplice per controllare il processo di autoguarigione è regolare il pH della soluzione, poiché la quantità di energia richiesta per questi due processi dipende dal pH.

I ricercatori mostrano che esiste una "zona di autoguarigione" del pH critico che dipende da vari fattori, in particolare la geometria della cella di scissione dell'acqua e la concentrazione del tampone fosfato o borato. Fortunatamente per le applicazioni pratiche, i ricercatori mostrano che l'auto-guarigione può verificarsi su un'ampia gamma di valori di pH, anche a pH neutro per le tipiche geometrie cellulari e concentrazioni tampone, che consente di utilizzare la maggior parte delle fonti d'acqua naturali per immagazzinare l'energia solare.

Poiché si prevede che gran parte della domanda futura di energia rinnovabile proverrà da basso reddito, paesi in via di sviluppo, la possibilità di utilizzare fonti d'acqua naturali locali invece dell'acqua pura per immagazzinare l'energia solare offrirà un grande vantaggio per l'implementazione della tecnologia in modo conveniente e su larga scala. I ricercatori hanno in programma di lavorare verso questo obiettivo in futuro.

"La fase successiva è la prototipazione, " ha detto Nocera. "Stiamo usando questo catalizzatore in combinazione con CO ₂ e n ₂ batteri che fissano (documenti del nostro gruppo in Scienza nel 2016 e PNAS nel 2017) per produrre combustibili liquidi e fertilizzanti, rinnovabile (usando solo aria, acqua, e luce solare come input). Questi prototipi sono attualmente in fase di sviluppo in India in questo momento".

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