L’idrogeno è un combustibile pulito e rinnovabile che ha il potenziale per alimentare le nostre case e le nostre attività e aiutarci a ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili. Tuttavia, produrre idrogeno può rappresentare una sfida, soprattutto in modo economicamente vantaggioso e sostenibile.
Un approccio promettente alla produzione di idrogeno è attraverso l’uso del silicio. Il silicio è un materiale semiconduttore abbondante nella crosta terrestre. Se esposto all’acqua, il silicio può produrre gas idrogeno attraverso un processo chiamato scissione dell’acqua fotoelettrochimica (PEC).
Nella scissione dell'acqua PEC, l'energia luminosa viene assorbita dal semiconduttore di silicio, che crea una corrente elettrica. Questa corrente guida la scissione delle molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno gassoso.
L'efficienza della scissione dell'acqua PEC dipende da diversi fattori, tra cui il tipo di silicio utilizzato, la sorgente luminosa e il design della cella. Tuttavia, negli ultimi anni i ricercatori hanno compiuto progressi significativi nel migliorare l’efficienza di questo processo.
Nel 2017, un team di ricercatori del California Institute of Technology (Caltech) ha segnalato un nuovo tipo di fotoelettrodo al silicio che ha raggiunto un’efficienza di conversione da solare a idrogeno del 12,4%. Si tratta dell'efficienza più alta mai registrata per un sistema di scissione dell'acqua PEC a base di silicio.
I ricercatori del Caltech hanno utilizzato un tipo speciale di silicio chiamato silicio nero, che ha una superficie ruvida che aiuta ad assorbire più luce. Hanno inoltre utilizzato una fonte di luce concentrata e una cella appositamente progettata per migliorare l'efficienza del processo.
Lo sviluppo di questo nuovo tipo di fotoelettrodo al silicio rappresenta un significativo passo avanti nella ricerca di una produzione di idrogeno economicamente vantaggiosa e sostenibile. Con la continua ricerca e sviluppo, la scissione dell’acqua PEC potrebbe un giorno diventare un’importante fonte di energia pulita e rinnovabile.
Vantaggi dell'utilizzo del silicio per la produzione di idrogeno
Ci sono diversi vantaggi nell’utilizzare il silicio per la produzione di idrogeno, tra cui:
* Abbondanza: Il silicio è il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre, dopo l'ossigeno. Ciò significa che è un materiale facilmente reperibile ed economico.
* Stabilità: Il silicio è un materiale molto stabile, che lo rende adatto all'uso in ambienti difficili.
* Non tossico: Il silicio non è tossico, il che significa che non rappresenta un rischio per la salute dell’uomo o dell’ambiente.
* Alta efficienza: I sistemi di scissione dell’acqua PEC a base di silicio possono raggiungere elevate efficienze, il che significa che possono produrre molto idrogeno con una piccola quantità di energia.
Sfide legate all'utilizzo del silicio per la produzione di idrogeno
Ci sono anche alcune sfide associate all’utilizzo del silicio per la produzione di idrogeno, tra cui:
* Costo elevato: Il silicio è un materiale relativamente costoso, il che può rendere difficile la produzione di idrogeno su larga scala.
* Assorbimento della luce limitato: Il silicio non assorbe molto bene la luce, il che significa che può essere difficile generare abbastanza elettricità per avviare il processo di scissione dell’acqua.
* Corrosione: Il silicio può corrodersi in presenza di acqua, il che può ridurre l'efficienza e la durata dei sistemi di scissione dell'acqua PEC.
Istruzioni per la ricerca
I ricercatori stanno lavorando per superare le sfide associate all’utilizzo del silicio per la produzione di idrogeno. Alcune delle direzioni di ricerca più promettenti includono:
* Sviluppo di nuovi tipi di materiali in silicio che siano più efficienti nell'assorbire la luce e meno suscettibili alla corrosione.
* Miglioramento del design delle celle per aumentare l'efficienza del processo di scissione dell'acqua.
* Riduzione del costo dei sistemi di scissione dell'acqua PEC a base di silicio.
Con la continua ricerca e sviluppo, la scissione dell’acqua PEC a base di silicio potrebbe un giorno diventare un’importante fonte di energia pulita e rinnovabile.
