Un più economico, Il modo più pulito e più sostenibile di produrre idrogeno dall'acqua utilizzando la luce solare è più vicino grazie a una nuova ricerca del Centro per le tecnologie chimiche sostenibili dell'Università di Bath.

Con la pressione sui leader globali per ridurre significativamente le emissioni di carbonio per risolvere un'emergenza legata al cambiamento climatico, c'è un urgente bisogno di sviluppare alternative energetiche più pulite alla combustione di combustibili fossili. L'idrogeno è un carburante alternativo a zero emissioni di carbonio che può essere utilizzato per alimentare le automobili, producendo solo acqua come prodotto di scarto.

Può essere ottenuto dividendo l'acqua in idrogeno e ossigeno, tuttavia il processo richiede grandi quantità di elettricità. La maggior parte dell'elettricità viene prodotta bruciando metano, quindi i ricercatori dell'Università di Bath stanno sviluppando nuove celle solari che utilizzano l'energia della luce direttamente per dividere l'acqua.

La maggior parte delle celle solari attualmente sul mercato sono realizzate in silicio, tuttavia sono costosi da produrre e richiedono molto silicio molto puro per la produzione. Sono anche piuttosto spessi e pesanti, che ne limita le applicazioni.

celle solari perovskite, utilizzando materiali con la stessa struttura 3-D dell'ossido di calcio titanio, sono più economici da realizzare, più sottile e può essere facilmente stampato su superfici. Funzionano anche in condizioni di scarsa illuminazione e possono produrre una tensione maggiore rispetto alle celle al silicio, il che significa che potrebbero essere utilizzati all'interno per alimentare i dispositivi senza la necessità di collegarli alla rete.

Lo svantaggio è che sono instabili in acqua, il che rappresenta un enorme ostacolo al loro sviluppo e limita anche il loro utilizzo per la generazione diretta di combustibili a idrogeno pulito.

Il team di scienziati e ingegneri chimici, dal Centro per le tecnologie chimiche sostenibili dell'Università di Bath, ha risolto questo problema utilizzando un rivestimento impermeabile di grafite, il materiale utilizzato nelle mine di matita.

Hanno testato l'impermeabilità immergendo le celle di perovskite rivestite in acqua e utilizzando l'energia solare raccolta per dividere l'acqua in idrogeno e ossigeno. Le celle rivestite hanno funzionato sott'acqua per 30 ore, dieci ore in più rispetto al record precedente.

Dopo questo periodo, la colla che stringeva il cappotto alle cellule fallì; gli scienziati prevedono che l'uso di una colla più forte potrebbe stabilizzare le cellule ancora più a lungo.

In precedenza, le leghe contenenti indio sono state utilizzate per proteggere le celle solari per la scissione dell'acqua, tuttavia l'indio è un metallo raro ed è quindi costoso e il processo di estrazione per ottenerlo non è sostenibile.

Il team di Bath ha invece utilizzato grafite disponibile in commercio, che è molto economico e molto più sostenibile dell'indio.

Dott.ssa Petra Cameron, Professore Associato di Chimica, ha dichiarato:"La tecnologia delle celle solari perovskite potrebbe rendere l'energia solare molto più conveniente per le persone e consentire la stampa delle celle solari sulle tegole del tetto. Tuttavia al momento sono davvero instabili nell'acqua:le celle solari non sono molto utili se si dissolvono sotto la pioggia !'

"Abbiamo sviluppato un rivestimento che potrebbe impermeabilizzare efficacemente le celle per una vasta gamma di applicazioni. La cosa più interessante di questo è che abbiamo usato grafite disponibile in commercio, che è molto più economico e più sostenibile dei materiali precedentemente provati."

Le celle solari in perovskite producono una tensione maggiore rispetto alle celle a base di silicio, ma non è ancora abbastanza necessario per dividere l'acqua usando solo le celle solari. Per risolvere questa sfida, il team sta aggiungendo catalizzatori per ridurre il fabbisogno energetico necessario per guidare la reazione.

Isabella Poli, Marie Curie FIRE Fellow e Ph.D. studente del Centro per le tecnologie chimiche sostenibili, ha dichiarato:"Attualmente l'idrogeno viene prodotto bruciando metano, che non è né pulito né sostenibile.

"Ma speriamo che in futuro possiamo creare idrogeno e ossigeno puliti dall'energia solare utilizzando celle di perovskite".

Lo studio è pubblicato sulla rivista ad accesso aperto Comunicazioni sulla natura .