Per facilitare successivamente il rilascio dell'idrogeno, i ricercatori dell'Istituto di chimica inorganica dell'Università di Kiel (CAU) e i loro partner di cooperazione hanno sviluppato un catalizzatore più attivo ed economico. I risultati sono stati ottenuti nell'ambito del progetto faro sull'idrogeno TransHyDE e sono stati recentemente pubblicati su Nature Communications .

La capacità di immagazzinare energia dall’energia eolica o solare gioca un ruolo chiave nella transizione energetica. "Immagazzinare energia sotto forma di composti chimici come l'idrogeno presenta molti vantaggi. La densità energetica è elevata e anche l'industria chimica ha bisogno dell'idrogeno per molti processi", afferma Malte Behrens, professore di chimica inorganica all'Università di Kiel. Inoltre, l'"idrogeno verde" può essere prodotto mediante elettrolisi utilizzando elettricità proveniente da fonti energetiche rinnovabili senza produrre CO₂ .

L'infrastruttura per l'ammoniaca esiste già

Ma trasportare l’idrogeno direttamente dalle regioni in cui l’energia eolica e solare sono economiche non è facile. Un'alternativa interessante è la conversione chimica in ammoniaca. L'ammoniaca stessa contiene una quantità relativamente elevata di idrogeno ed esiste già un'infrastruttura ben sviluppata per il suo trasporto all'estero.

"L'ammoniaca può essere liquefatta facilmente per il trasporto, è già prodotta su scala di megatoni e spedita e commercializzata in tutto il mondo", afferma il dottor Shilong Chen, il leader del sottoprogetto Kiel nel progetto TransHyDE "AmmoRef."

I due scienziati del settore di ricerca prioritario della CAU, KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science), collaborano con colleghi di Berlino, Essen, Karlsruhe e Mülheim/Ruhr. Insieme, stanno studiando come l’idrogeno possa essere rilasciato cataliticamente dall’ammoniaca dopo il trasporto. Il loro catalizzatore di nuova concezione accelera significativamente questa reazione.

AmmoRef è uno dei dieci progetti TransHyDE. Scienziati provenienti da un totale di otto istituzioni stanno lavorando su vari sottoprogetti per migliorare le tecnologie di trasporto dell'idrogeno. I risultati verranno incorporati nelle raccomandazioni per l'infrastruttura nazionale dell'idrogeno.

La combinazione di metalli rende il catalizzatore altamente attivo

"Un catalizzatore accelera una reazione chimica ed è quindi direttamente responsabile dell'efficienza dei processi chimici e della conversione dell'energia", spiega Behrens. Più veloce è il processo di reforming dell'ammoniaca, minori saranno le perdite di conversione causate dallo stoccaggio chimico dell'idrogeno nell'ammoniaca.

"Il nostro catalizzatore ha due caratteristiche speciali", afferma Chen. "In primo luogo, è costituito da metalli base relativamente economici, ferro e cobalto. In secondo luogo, abbiamo sviluppato uno speciale processo di sintesi che consente un carico di metallo molto elevato di questo catalizzatore."

Fino al 74% del materiale è costituito da nanoparticelle metalliche attive, disposte tra le particelle di supporto in modo tale da formare cavità su scala nanometrica, simili a una nanospugna metallica porosa. "Anche la combinazione dei due metalli in una lega è fondamentale", spiega Behrens. Di per sé, entrambi i metalli sono meno cataliticamente attivi. La combinazione crea superfici bimetalliche altamente attive con proprietà che altrimenti sarebbero note solo per metalli preziosi molto più costosi.

"Continueremo a studiare questo catalizzatore nel consorzio AmmoRef, in cui sono coinvolte anche aziende industriali, e lo trasferiremo dalla ricerca di base all'applicazione", afferma Behrens, annunciando i prossimi passi. A tal fine, il team di Kiel lavorerà ora per ampliare la sintesi.