Il potere del sole, vento e mare potrebbero presto combinarsi per produrre idrogeno combustibile pulito, secondo un team di ricercatori della Penn State. Il team ha integrato la tecnologia di purificazione dell'acqua in un nuovo progetto di prova del concetto per un elettrolizzatore per acqua di mare, che utilizza una corrente elettrica per separare l'idrogeno e l'ossigeno nelle molecole d'acqua.

Questo nuovo metodo per la "scissione dell'acqua di mare" potrebbe rendere più facile trasformare l'energia eolica e solare in un combustibile immagazzinabile e portatile, secondo Bruce Logan, Professore Kappe di Ingegneria Ambientale e Professore dell'Università Evan Pugh.

"L'idrogeno è un ottimo carburante, ma devi farcela, " Ha detto Logan. "L'unico modo sostenibile per farlo è utilizzare energia rinnovabile e produrla dall'acqua. Devi anche usare l'acqua che le persone non vogliono usare per altre cose, e sarebbe acqua di mare. Così, il Santo Graal della produzione di idrogeno sarebbe combinare l'acqua di mare e l'energia eolica e solare che si trova negli ambienti costieri e offshore".

Nonostante l'abbondanza di acqua di mare, non è comunemente usato per la scissione dell'acqua. A meno che l'acqua non venga desalinizzata prima di entrare nell'elettrolizzatore, un costoso passaggio aggiuntivo, gli ioni cloruro nell'acqua di mare si trasformano in gas di cloro tossico, che degrada l'attrezzatura e si infiltra nell'ambiente.

Per evitare ciò, i ricercatori hanno inserito un sottile, membrana semipermeabile, originariamente sviluppato per purificare l'acqua nel processo di trattamento dell'osmosi inversa (RO). La membrana RO ha sostituito la membrana a scambio ionico comunemente usata negli elettrolizzatori.

"L'idea alla base dell'RO è che metti un'alta pressione sull'acqua e la spingi attraverso la membrana e tieni dietro gli ioni cloruro, " ha detto Logan.

In un elettrolizzatore, l'acqua di mare non verrebbe più spinta attraverso la membrana RO, ma da essa contenuto. Viene utilizzata una membrana per aiutare a separare le reazioni che si verificano vicino a due elettrodi sommersi, un anodo con carica positiva e un catodo con carica negativa, collegati da una fonte di alimentazione esterna. Quando l'alimentazione è accesa, le molecole d'acqua iniziano a dividersi all'anodo, rilasciando minuscoli ioni idrogeno chiamati protoni e creando ossigeno gassoso. I protoni quindi passano attraverso la membrana e si combinano con gli elettroni al catodo per formare gas idrogeno.

Con la membrana RO inserita, l'acqua di mare è trattenuta dal lato del catodo, e gli ioni cloruro sono troppo grandi per passare attraverso la membrana e raggiungere l'anodo, scongiurare la produzione di cloro gassoso.

Ma nella scissione dell'acqua, Logan ha notato, altri sali vengono intenzionalmente disciolti nell'acqua per aiutarla a renderla conduttiva. La membrana a scambio ionico, che filtra gli ioni per carica elettrica, permette il passaggio degli ioni di sale. La membrana RO no.

"Le membrane RO inibiscono il movimento del sale, ma l'unico modo per generare corrente in un circuito è perché gli ioni carichi nell'acqua si muovono tra due elettrodi, " ha detto Logan.

Con il movimento degli ioni più grandi limitato dalla membrana RO, i ricercatori avevano bisogno di vedere se c'erano abbastanza piccoli protoni che si muovevano attraverso i pori per mantenere un'elevata corrente elettrica.

"Fondamentalmente, dovevamo dimostrare che quella che sembrava una strada sterrata poteva essere un'interstatale, " Ha detto Logan. "Dovevamo dimostrare che potevamo ottenere un'elevata quantità di corrente attraverso due elettrodi quando c'era una membrana tra di loro che non permetteva agli ioni di sale di muoversi avanti e indietro".

Attraverso una serie di esperimenti recentemente pubblicati in Scienze energetiche e ambientali , i ricercatori hanno testato due membrane RO disponibili in commercio e due membrane a scambio cationico, un tipo di membrana a scambio ionico che consente il movimento di tutti gli ioni caricati positivamente nel sistema.

Ciascuno è stato testato per la resistenza della membrana al movimento ionico, la quantità di energia necessaria per completare le reazioni, produzione di idrogeno e ossigeno, interazione con ioni cloruro e deterioramento della membrana.

Logan ha spiegato che mentre una membrana RO si è rivelata una "strada sterrata, " l'altro ha funzionato bene rispetto alle membrane a scambio cationico. I ricercatori stanno ancora indagando sul motivo per cui c'era una tale differenza tra le due membrane RO.

"L'idea può funzionare, " ha detto. "Non sappiamo esattamente perché queste due membrane hanno funzionato in modo così diverso, ma questo è qualcosa che stiamo andando a capire."

Recentemente, i ricercatori hanno ricevuto $ 300, 000 sovvenzione dalla National Science Foundation (NSF) per continuare a studiare l'elettrolisi dell'acqua di mare. Logan spera che la loro ricerca svolgerà un ruolo fondamentale nella riduzione delle emissioni di anidride carbonica in tutto il mondo.

"Il mondo è alla ricerca di idrogeno rinnovabile, " ha detto. "Per esempio, L'Arabia Saudita ha pianificato di costruire un impianto di idrogeno da $ 5 miliardi che utilizzerà acqua di mare. Proprio adesso, devono desalinizzare l'acqua. Forse possono usare questo metodo invece."