I ricercatori di Stanford hanno escogitato un modo per generare combustibile a idrogeno utilizzando l'energia solare, elettrodi e acqua salata dalla Baia di San Francisco.

Le scoperte, pubblicato il 18 marzo in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , dimostrare un nuovo modo di separare l'idrogeno e l'ossigeno dall'acqua di mare tramite l'elettricità. I metodi esistenti di scissione dell'acqua si basano su acqua altamente purificata, che è una risorsa preziosa e costosa da produrre.

Teoricamente, per alimentare città e automobili, "hai bisogno di così tanto idrogeno che non è concepibile usare acqua purificata, " ha detto Hongjie Dai, J.G. Jackson e C.J. Wood professore di chimica a Stanford e co-autore senior della carta. "Abbiamo a malapena acqua a sufficienza per i nostri bisogni attuali in California".

L'idrogeno è un'opzione interessante per il carburante perché non emette anidride carbonica, Dai ha detto. Bruciare idrogeno produce solo acqua e dovrebbe alleviare i problemi di peggioramento del cambiamento climatico.

Dai ha detto che il suo laboratorio ha mostrato un proof of concept con una demo, ma i ricercatori lasceranno ai produttori il compito di ridimensionare e produrre in serie il design.

Combattere la corrosione

Come concetto, dividere l'acqua in idrogeno e ossigeno con l'elettricità, chiamata elettrolisi, è un'idea semplice e antica:una fonte di energia si collega a due elettrodi posti nell'acqua. Quando l'alimentazione si accende, Il gas idrogeno fuoriesce dall'estremità negativa, chiamata catodo, e l'ossigeno respirabile emerge dall'estremità positiva, l'anodo.

Ma il cloruro caricato negativamente nel sale marino può corrodere l'estremità positiva, limitando la durata del sistema. Dai e il suo team volevano trovare un modo per impedire a quei componenti dell'acqua di mare di rompere gli anodi sommersi.

I ricercatori hanno scoperto che se ricoprivano l'anodo con strati ricchi di cariche negative, gli strati respingevano il cloruro e rallentavano il decadimento del metallo sottostante.

Hanno stratificato idrossido di nichel-ferro sopra solfuro di nichel, che copre un nucleo di schiuma di nichel. La schiuma di nichel funge da conduttore, trasportando elettricità dalla fonte di alimentazione, e l'idrossido di nichel-ferro innesca l'elettrolisi, separando l'acqua in ossigeno e idrogeno. Durante l'elettrolisi, il solfuro di nichel evolve in uno strato caricato negativamente che protegge l'anodo. Proprio come le estremità negative di due magneti si spingono l'una contro l'altra, lo strato caricato negativamente respinge il cloruro e gli impedisce di raggiungere il metallo centrale.

Senza il rivestimento caricato negativamente, l'anodo funziona solo per circa 12 ore in acqua di mare, secondo Michael Kenney, uno studente laureato nel laboratorio Dai e co-autore dell'articolo. "L'intero elettrodo cade in pezzi, " Kenney ha detto. "Ma con questo strato, è in grado di durare più di mille ore."

Precedenti studi che tentavano di dividere l'acqua di mare per il carburante a idrogeno avevano eseguito basse quantità di corrente elettrica, perché la corrosione si verifica a correnti più elevate. Ma Dai, Kenney e i suoi colleghi sono stati in grado di condurre fino a 10 volte più elettricità attraverso il loro dispositivo multistrato, che lo aiuta a generare idrogeno dall'acqua di mare a un ritmo più veloce.

"Penso che abbiamo stabilito un record sulla corrente per dividere l'acqua di mare, "Dì disse.

I membri del team hanno condotto la maggior parte dei loro test in condizioni di laboratorio controllate, dove potrebbero regolare la quantità di elettricità che entra nel sistema. Ma hanno anche progettato una macchina dimostrativa a energia solare che produceva idrogeno e ossigeno gas dall'acqua di mare raccolta dalla Baia di San Francisco.

E senza il rischio di corrosione da sali, il dispositivo corrispondeva alle attuali tecnologie che utilizzano acqua purificata. "La cosa impressionante di questo studio è che siamo stati in grado di operare con correnti elettriche uguali a quelle utilizzate oggi nell'industria, " ha detto Kenney.

Sorprendentemente semplice

Guardando indietro, Dai e Kenney possono vedere la semplicità del loro design. "Se avessimo avuto una sfera di cristallo tre anni fa, sarebbe stato fatto in un mese, " disse Dai. Ma ora che la ricetta base per l'elettrolisi con l'acqua di mare è stata individuata, il nuovo metodo aprirà le porte per aumentare la disponibilità di combustibile a idrogeno alimentato da energia solare o eolica.

Nel futuro, la tecnologia potrebbe essere utilizzata per scopi che vanno oltre la generazione di energia. Poiché il processo produce anche ossigeno respirabile, subacquei o sottomarini potrebbero portare dispositivi nell'oceano e generare ossigeno in basso senza dover emergere per l'aria.

In termini di trasferimento della tecnologia, "si potrebbero semplicemente usare questi elementi nei sistemi di elettrolizzatori esistenti e questo potrebbe essere piuttosto veloce, "Ha detto Dai. "Non è come partire da zero, è più come partire dall'80 o dal 90 percento".