Scienziati dell'Università di Kyushu e dell'Università di Kumamoto in Giappone hanno sviluppato un nuovo catalizzatore in grado di assistere tre reazioni chiave per l'utilizzo dell'idrogeno nell'energia e nell'industria. Ispirato da tre tipi di enzimi in natura, questa ricerca può aiutare a chiarire relazioni sconosciute tra catalizzatori, spianando la strada per un uso efficiente del gas idrogeno come fonte di energia di prossima generazione in futuro.

Produrre solo acqua quando viene utilizzata in una cella a combustibile per generare elettricità, l'idrogeno è una grande promessa come fonte di energia pulita per affrontare le sfide ambientali affrontate in tutto il mondo. Una chiave per stabilire l'idrogeno come fonte di energia di prossima generazione è lo sviluppo di catalizzatori, sostanze chimiche che assistono e accelerano le reazioni senza essere consumate nel processo, che aiutano a utilizzarlo in modo efficiente.

I catalizzatori svolgono un ruolo non solo nella scissione delle molecole di idrogeno per generare elettricità nelle celle a combustibile, ma anche nel mettere insieme gli atomi di idrogeno per formare il combustibile. L'idrogeno trova molte applicazioni anche nell'industria chimica, spesso attaccati alle molecole attraverso il processo di idrogenazione per modificarne le proprietà.

La natura ha già sviluppato una propria serie di catalizzatori biologici, noti come enzimi, capace di queste stesse reazioni fondamentali. Però, ognuna di queste tre reazioni richiede un diverso tipo di enzima, e questi enzimi idrogenasi possono essere raggruppati per i metalli che contengono:un atomo ciascuno di nichel e ferro, due atomi di ferro, o un singolo atomo di ferro.

Prendendo ispirazione dalla natura, i gruppi di ricerca guidati da Seiji Ogo dell'Università di Kyushu e Shinya Hayami dell'Università di Kumamoto ora riferiscono sulla rivista Progressi scientifici che un singolo catalizzatore può svolgere tutti e tre i ruoli.

"Osservando da vicino le strutture chiave dei tre tipi di enzimi idrogenasi in natura, siamo stati in grado di progettare una molecola in grado di imitare tutte queste strutture a seconda di dove si attacca l'idrogeno, " disse Ogo, professore del Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'Università di Kyushu.

Il catalizzatore sviluppato dagli scienziati contiene nichel e ferro come metalli chiave. A seconda delle condizioni di reazione, gli atomi di idrogeno si collegheranno alla molecola in un modo leggermente diverso, portando ad una torsione della molecola che la pone in una configurazione più adatta per uno dei tre tipi di reazioni.

Mentre gli enzimi in natura si affidano a diversi gruppi di metalli per realizzare queste reazioni, il catalizzatore di nuova concezione sfrutta la torsione molecolare essendo sufficiente per passare tra strutture simili a quelle dei tre tipi di enzimi, ottenendo così funzioni simili senza cambiare i metalli.

"In un modo, abbiamo creato una molecola con sopra un volante, " spiega Ogo. "Ruotando il volante e torcendo parti della molecola, possiamo trasformarlo in tre diversi tipi di catalizzatori:uno per le celle a combustibile, uno per la produzione di idrogeno, e un altro per l'idrogenazione."

Ogo aggiunge, "Questo ci ha permesso di svelare tre funzioni che in precedenza erano intrecciate".

Sebbene la molecola possa non essere adatta per applicazioni pratiche al momento, punta verso la possibilità di sviluppare un unico catalizzatore con molteplici usi. Ma ancora più importante, la migliore comprensione dei processi catalitici offerti da questa molecola può fornire informazioni cruciali sugli enzimi naturali e sullo sviluppo di futuri catalizzatori per realizzare una società alimentata dall'idrogeno.