Gli scienziati hanno trovato un modo per trasformare i rifiuti metallici in un catalizzatore altamente efficiente per produrre idrogeno dall'acqua, una scoperta che potrebbe rendere la produzione di idrogeno più sostenibile.
Un team di ricercatori della Scuola di Chimica e della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Nottingham ha scoperto che la superficie dei trucioli, un sottoprodotto dell'industria della lavorazione dei metalli, è strutturata con piccoli gradini e scanalature a livello di nanoscala. Queste strutture possono ancorare atomi di platino o cobalto, creando un efficiente elettrocatalizzatore in grado di scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno. La ricerca è stata pubblicata sul Journal of Material Chemistry A .
L’idrogeno è un combustibile pulito che può essere utilizzato per generare calore o alimentare veicoli e l’unico sottoprodotto della sua combustione è il vapore acqueo. Tuttavia, la maggior parte dei metodi di produzione dell’idrogeno si basano su materie prime di combustibili fossili. L'elettrolisi dell'acqua è uno dei percorsi verdi più promettenti per la produzione di idrogeno, poiché richiede solo acqua ed elettricità.
L’industria si trova ad affrontare una sfida con l’elettrolisi dell’acqua, poiché questo processo richiede elementi rari e costosi come il platino per catalizzare la scissione dell’acqua. Con la fornitura globale limitata e l'aumento dei prezzi dei metalli preziosi, c'è un urgente bisogno di materiali elettrocatalizzatori alternativi per produrre idrogeno dall'acqua.
Il dottor Jesum Alves Fernandes, della Facoltà di Chimica dell'Università di Nottingham, che ha guidato il gruppo di ricerca, ha dichiarato:"Solo le industrie del Regno Unito generano milioni di tonnellate di rifiuti metallici ogni anno. Utilizzando un microscopio elettronico a scansione, siamo stati in grado di ispezionare il superfici apparentemente lisce dei trucioli di acciaio inossidabile, titanio o leghe di nichel.
"Con nostro grande stupore, abbiamo scoperto che le superfici avevano scanalature e creste larghe solo decine di nanometri. Ci siamo resi conto che questa superficie nanostrutturata poteva rappresentare un'opportunità unica per la fabbricazione di elettrocatalizzatori."
I ricercatori hanno utilizzato lo sputtering del magnetron per creare una “pioggia” di atomi di platino sulla superficie dei trucioli. Questi atomi di platino si uniscono poi in nanoparticelle che si adattano perfettamente alle scanalature su scala nanometrica.
Il dottor Madasamy Thangamuthu, ricercatore post-dottorato presso l'Università di Nottingham responsabile dell'analisi della struttura e dell'attività elettrocatalitica dei nuovi materiali, afferma:"È notevole che siamo in grado di produrre idrogeno dall'acqua utilizzando solo un decimo dell'energia la quantità di caricamento di platino rispetto ai catalizzatori commerciali all'avanguardia.
"Distribuendo solo 28 microgrammi di metallo prezioso su 1 cm² di truciolo, siamo stati in grado di creare un elettrolizzatore su scala di laboratorio che funziona con un'efficienza del 100% e produce 0,5 litri di gas idrogeno al minuto solo da un singolo pezzo di truciolo. "
Il gruppo sta collaborando con AqSorption Ltd, una società con sede a Nottingham specializzata nella progettazione e fabbricazione di elettrolizzatori per ampliare la propria tecnologia. Il professor Andrei Khlobystov, Facoltà di Chimica, Università di Nottingham, ha dichiarato:"Gli elettrocatalizzatori realizzati con trucioli hanno il potenziale per avere un grande impatto sull'economia. La nostra tecnologia unica sviluppata a Nottingham, che prevede la crescita atomo per atomo di particelle di platino su superfici nanostrutturate , ha risolto due sfide importanti.
"In primo luogo, consente la produzione di idrogeno verde utilizzando la minor quantità possibile di metalli preziosi e, in secondo luogo, ricicla i rifiuti metallici dell'industria aerospaziale, il tutto in un unico processo."
Lo Zero Carbon Cluster è stato istituito nelle East Midlands per accelerare lo sviluppo e la diffusione dell'innovazione nelle industrie verdi e nella produzione avanzata.
Il professor Tom Rodden, PVC for Research &Knowledge Exchange presso l'Università di Nottingham, ha dichiarato:"Lo sviluppo di sistemi di propulsione a idrogeno può rappresentare un passo significativo verso la risposta ad alcune delle sfide a zero emissioni di carbonio più urgenti del mondo, in particolare per i trasporti e le industrie manifatturiere. Tuttavia, il successo di questa strategia dipende dalla produzione sostenibile di idrogeno verde, ad esempio attraverso la scissione dell'acqua tramite elettrolisi, e questo, a sua volta, richiede progressi nella progettazione dei materiali."
Ulteriori informazioni: Dai rottami metallici agli elettrodi altamente efficienti:sfruttare la superficie nanostrutturata dei trucioli per un utilizzo efficace di Pt e Co per la produzione di idrogeno, Journal of Material Chemistry A (2024). DOI:10.1039/d4ta00711e
Fornito dall'Università di Nottingham
