La nuova tecnologia che sfrutta la luce solare per guidare le reazioni chimiche sta aprendo la strada a un'industria manifatturiera chimica più sostenibile, uno dei maggiori utilizzatori di energia al mondo.

I ricercatori della RMIT University hanno sviluppato un materiale nano-potenziato in grado di catturare un incredibile 99% di luce e convertirla in reazioni chimiche di potenza.

Oltre a ridurre l'impatto ambientale della produzione chimica, l'innovazione potrebbe un giorno essere utilizzata per fornire tecnologie come migliori termocamere a infrarossi e desalinizzazione dell'acqua a energia solare.

Pubblicato oggi in Materiali energetici applicati ACS , la ricerca affronta la sfida di trovare fonti energetiche alternative per la produzione chimica, che rappresenta circa il 10% del consumo energetico globale e il 7% delle emissioni industriali di gas serra.

Negli Stati Uniti, la produzione chimica utilizza più energia di qualsiasi altra industria, pari al 28% del consumo energetico industriale nel 2017.

Mentre la fotocatalisi, l'uso della luce per guidare le reazioni chimiche, sta crescendo nel settore, efficienza e costi rimangono ostacoli significativi a una più ampia adozione.

Il professore associato Daniel Gomez, ricercatore capo, ha affermato che la nuova tecnologia ha massimizzato l'assorbimento della luce per convertire in modo efficiente l'energia luminosa in energia chimica.

"La produzione chimica è un'industria affamata di energia perché i processi catalitici tradizionali richiedono un riscaldamento e una pressione intensivi per guidare le reazioni, "Gomez, un ARC Future Fellow presso la School of Science di RMIT, disse.

"Ma una delle grandi sfide nel passare a un futuro più sostenibile è che molti dei materiali che sono i migliori per innescare reazioni chimiche non sono abbastanza reattivi alla luce".

"Il catalizzatore fotografico che abbiamo sviluppato può catturare il 99% della luce attraverso lo spettro, e 100% di colori specifici.

"È una tecnologia scalabile ed efficiente che apre nuove opportunità per l'uso dell'energia solare, passando dalla generazione di elettricità alla conversione diretta dell'energia solare in preziose sostanze chimiche".

Nano-tech per l'energia solare

La ricerca si è concentrata sul palladio, un elemento che è eccellente nel produrre reazioni chimiche ma di solito non molto reattivo alla luce.

Manipolando le proprietà ottiche delle nanoparticelle di palladio, i ricercatori sono riusciti a rendere il materiale più sensibile alla luce.

Mentre il palladio è raro e costoso, la tecnica richiede solo una minuscola quantità:4 nanometri di palladio nanopotenziato sono sufficienti per assorbire il 99% della luce e ottenere una reazione chimica. Un capello umano medio, per confronto, è 100, 000 nanometri di spessore.

Oltre alla produzione chimica, l'innovazione potrebbe essere ulteriormente sviluppata per una serie di altre potenziali applicazioni, compresa una migliore tecnologia di visione notturna, producendo immagini più sensibili alla luce e più chiare.

Un altro potenziale utilizzo è per la desalinizzazione. Il materiale nanopotenziato potrebbe essere messo in acqua salata e poi esposto alla luce solare, producendo energia sufficiente per far bollire ed evaporare l'acqua, separandolo dal sale.

Gomez, che guida il Polaritonics Lab di RMIT, ha affermato che la nuova tecnologia potrebbe aumentare significativamente la resa nel settore emergente della fotocatalisi, con aziende leader che attualmente producono circa 30 kg di prodotto ogni giorno utilizzando la luce come forza trainante.

"Ci affidiamo tutti ai prodotti dell'industria manifatturiera chimica, dalla plastica ai medicinali, ai fertilizzanti e ai materiali che producono i colori sugli schermi digitali, " Egli ha detto.

"Ma proprio come il resto della nostra economia, è un'industria attualmente alimentata dal carbonio.

"Il nostro obiettivo finale è utilizzare questa tecnologia per sfruttare la luce solare in modo efficiente e convertire l'energia solare in prodotti chimici, con l'obiettivo di trasformare questo settore vitale in un settore rinnovabile e sostenibile".