Il gruppo di ricerca guidato dal chimico di Leida Marc Koper ha scoperto un catalizzatore che riduce al minimo la produzione di gas di cloro durante l'elettrolisi dell'acqua salata. L'invenzione può consentire la produzione diretta di idrogeno dall'acqua di mare. L'articolo è stato pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana .

"Nell'elettrolisi dell'acqua salata, come l'acqua di mare, l'obiettivo finale è produrre idrogeno al catodo, " spiega il dottorando Jan Vos del Leiden Institute of Chemistry. "Il prodotto che si forma all'anodo è idealmente ossigeno, perché è innocuo per l'ambiente." Tuttavia, durante l'elettrolisi dell'acqua salata all'anodo può formarsi anche gas tossico di cloro. I ricercatori hanno ora prodotto un catalizzatore che riduce al minimo la formazione di cloro gassoso a favore della formazione di ossigeno. Spiega Vos:"Il catalizzatore è costituito da due ossidi metallici:ossido di iridio con uno strato di ossido di manganese spesso solo una dozzina di nanometri. L'iridio è un materiale che esibisce un'elevata attività catalitica per la formazione sia di gas ossigeno che di gas cloro; l'ossido di manganese agisce come una sorta di membrana che impedisce l'apporto di ioni cloruro e sopprime la formazione di gas cloro."

L'elettrolisi dell'acqua è un passaggio importante per la produzione e l'utilizzo dell'idrogeno come vettore energetico alternativo. Un anodo che contrasta la formazione di cloro gassoso consente l'elettrolisi dell'acqua dove non è necessario liberare prima l'acqua dal sale disciolto, il cui processo costa ancora notevoli quantità di energia e capitale. Permetterebbe la produzione diretta di idrogeno dall'acqua di mare, alleviando così le rare riserve di acqua dolce sulla terra.

Secondo Vos, un utile effetto collaterale dell'elettrolisi dell'acqua salata è la produzione di acqua dolce molto pura. "Se il gas idrogeno estratto viene infine utilizzato come combustibile, per esempio in una cella a combustibile di un'auto, l'idrogeno reagisce all'acqua con l'ossigeno gassoso dall'atmosfera. Quel modo, l'applicazione su larga scala dell'elettrolisi dell'acqua e dell'idrogeno nelle celle a combustibile porterà a grandi quantità di questo "prodotto di scarto":l'acqua pura. In un futuro in cui la scarsità d'acqua diventa un problema sempre più acuto, questo non sarebbe certamente indesiderabile."

La ricerca getta nuova luce su una questione in chimica che va avanti da decenni. "Inizialmente non avevamo idea del perché i materiali a base di ossido di manganese avessero una selettività così elevata nei confronti dell'ossigeno. Pensavamo che fosse puramente una proprietà catalitica del materiale, ma possibili effetti delle barriere alla diffusione:il blocco selettivo del trasporto degli ioni cloruro... Non mi veniva nemmeno in mente! Infatti, è molto basilare, soluzione efficace a un problema molto complesso. Questo ha cambiato radicalmente la nostra direzione di ricerca".

La scoperta ha implicazioni per la selettività nell'elettrolisi. La selettività è un criterio importante per il funzionamento di un convertitore catalitico. In molti processi (elettro)chimici, è possibile formare prodotti diversi durante una reazione, ma si spera che si formi solo il prodotto richiesto. Il modo per influenzare la selettività è di solito selezionare il catalizzatore in modo molto preciso e metterlo a punto, ma questo richiede molto tempo e denaro. Inoltre, non sempre è possibile combinare un'elevata selettività con un'elevata attività, un'altra caratteristica importante.

Secondo Vos, la ricerca si inserisce bene in un emergente, tendenza alternativa nell'elettrocatalisi:l'uso di determinati rivestimenti per migliorare un catalizzatore. "Un tale strato impedisce ai reagenti indesiderati di raggiungere il catalizzatore. Ciò consente di rendere selettivo un materiale catalitico attivo ma non selettivo in un modo alternativo".