I ricercatori del Laboratorio di Elettronica Organica dell'Università di Linköping hanno sviluppato una cella a combustibile che utilizza lignina, un sottoprodotto economico della fabbricazione della carta e uno dei biopolimeri più comuni.

Circa il 25 percento di un albero è lignina, un biopolimero che incolla insieme le fibre di cellulosa per formare un legno resistente e durevole. Durante la produzione chimica della pasta di carta questa lignina viene disciolta nel processo al solfato o al solfito, poiché la cellulosa è il componente desiderato per fare la carta. La lignina è economica e facilmente reperibile. È un biopolimero costituito da un gran numero di catene di idrocarburi intrecciate insieme, che può essere scomposto in un processo industriale nelle sue parti costituenti ricche di energia, benzendioli. Uno di questi, il catecolo costituisce il 7% della lignina. Ricercatori del gruppo Organic Energy Materials presso LiU, guidato dal professor Xavier Crispin, hanno scoperto che questo tipo di molecola è un ottimo combustibile da utilizzare nelle celle a combustibile.

Il combustibile più utilizzato nelle celle a combustibile tradizionali è il gas idrogeno, che reagisce con l'ossigeno dell'aria. L'energia chimica viene convertita nella cella a combustibile in elettricità, acqua e calore. Però, Il 96% dell'idrogeno prodotto nel mondo proviene da fonti non sostenibili, ed è accompagnato da emissioni di anidride carbonica.

Altri combustibili utilizzati nelle celle a combustibile sono etanolo e metanolo, ma questi producono anche anidride carbonica come sottoprodotto. Gli elettrodi necessari per attirare gli elettroni in fuga sono solitamente realizzati in platino, che è sia costoso che scarso.

benzendioli, però, sono molecole aromatiche, e gli elettrodi metallici non possono essere utilizzati nelle celle a combustibile a base di benzendioli poiché le reazioni sono leggermente più complesse. I ricercatori utilizzano invece elettrodi realizzati con il popolare polimero conduttore PEDOT:PSS. Questo polimero ha l'interessante proprietà di condurre elettricità, mentre allo stesso tempo ha un surplus di protoni. Ciò significa che funziona sia come elettrodo che come conduttore di protoni.

"PEDOT:PSS è un catalizzatore perfetto per la reazione con un benzendiolo come il catecolo, " dice Xavier Crispin

L'energia chimica del combustibile viene convertita in elettricità senza che si formi anidride carbonica.

"Quando un combustibile come l'etanolo viene utilizzato in una cella a combustibile, le persone di solito affermano che ha un impatto zero sul clima, poiché l'anidride carbonica è un componente di una circolazione. Ciò significa che l'etanolo è considerato un carburante verde. Ora possiamo produrre elettricità senza alcuna emissione di anidride carbonica, che rende il nostro carburante superverde. La tecnologia è anche economica e scalabile, "dice Saverio Crispin.

Solo pochi gruppi di ricerca hanno studiato PEDOT:PSS come possibile materiale sia per gli elettrodi che per il catalizzatore.

"C'è una fondamentale mancanza di conoscenza su PEDOT:PSS nell'ambito dell'elettrochimica, " conclude Saverio Crispin, mentre presenta con orgoglio il dottorando Canyan Che e il principale ingegnere di ricerca Mikhail Vagin, che compongono il gruppo che ha lavorato con la cella a combustibile.

I ricercatori hanno calcolato che la quantità di elettricità prodotta dalla nuova cella a combustibile è approssimativamente la stessa delle attuali celle a combustibile a base di etanolo e metanolo.

"E' già disponibile un metodo efficiente per produrre catecolo dalla lignina, e siamo i primi al mondo a dimostrare una cella a combustibile che utilizza il carburante di questa materia prima forestale, " conclude Saverio Crispin.

Resta da migliorare e ottimizzare la funzione.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Sistemi sostenibili avanzati .

La ricerca è stata condotta sotto gli auspici del Digital Cellulose Center, finanziato da Vinnova, e fa anche parte dell'investimento strategico del governo in materiali funzionali avanzati, AFM, presso LiU.