L'idrogeno è un componente fondamentale nella fabbricazione di migliaia di prodotti comuni, dalla plastica ai fertilizzanti, ma produrre idrogeno puro è costoso e richiede molta energia. Ora, un team di ricerca della Princeton University ha sfruttato la luce solare per isolare l'idrogeno dalle acque reflue industriali.

In un articolo pubblicato il 19 febbraio sulla rivista Scienze energetiche e ambientali , i ricercatori hanno riferito che il loro processo ha raddoppiato il tasso attualmente accettato per le tecnologie scalabili che producono idrogeno scindendo l'acqua.

La tecnica utilizza una camera appositamente progettata con un'interfaccia in silicio nero "formaggio svizzero" per dividere l'acqua e isolare il gas idrogeno. Il processo è aiutato da batteri che generano corrente elettrica quando consumano materia organica nelle acque reflue; il corrente, a sua volta, aiuta il processo di scissione dell'acqua.

Il gruppo, guidato da Zhiyong Jason Ren, professore di ingegneria civile e ambientale e l'Andlinger Center for Energy and the Environment, ha scelto le acque reflue dei birrifici per il test. Hanno fatto scorrere le acque reflue attraverso la camera, usava una lampada per simulare la luce del sole, e guardavo i composti organici rompersi e l'idrogeno ribollire.

Il processo "ci permette di trattare le acque reflue e contemporaneamente generare combustibili, " disse Jing Gu, un co-ricercatore e assistente professore di chimica e biochimica presso la San Diego State University.

I ricercatori hanno affermato che la tecnologia potrebbe attrarre raffinerie e impianti chimici, che in genere producono il proprio idrogeno da combustibili fossili, e affrontare costi elevati per la pulizia delle acque reflue.

Storicamente, la produzione di idrogeno si è basata sul petrolio, gas o carbone, e un metodo ad alta intensità energetica che prevede la lavorazione dello stock di idrocarburi con vapore. I produttori di prodotti chimici combinano quindi il gas idrogeno con carbonio o azoto per creare sostanze chimiche di alto valore, come metanolo e ammoniaca. I due sono ingredienti in fibre sintetiche, fertilizzante, plastica e prodotti per la pulizia, tra gli altri beni di uso quotidiano.

Sebbene l'idrogeno possa essere utilizzato come carburante per veicoli, l'industria chimica è attualmente il maggior produttore e consumatore di idrogeno. La produzione di sostanze chimiche nei paesi altamente industrializzati richiede più energia della produzione di ferro, acciaio, metalli e cibo, secondo un rapporto del 2016 della U.S. Energy Information Administration. Il rapporto stima che la produzione di prodotti chimici di base continuerà a essere il principale consumatore industriale di energia nei prossimi due decenni.

"È una situazione vantaggiosa per tutti i settori chimico e di altro tipo, " disse Lu Lu, il primo autore dello studio e ricercatore associato presso l'Andlinger Center. "Possono risparmiare sul trattamento delle acque reflue e risparmiare sul loro consumo energetico attraverso questo processo di creazione dell'idrogeno".

Secondo i ricercatori, questa è la prima volta che acque reflue effettive, soluzioni non fatte in laboratorio, è stato utilizzato per produrre idrogeno mediante fotocatalisi. Il team ha prodotto il gas ininterrottamente per quattro giorni fino all'esaurimento delle acque reflue, che è significativo, i ricercatori hanno detto, perché i sistemi comparabili che producono sostanze chimiche dall'acqua hanno storicamente fallito dopo un paio d'ore di utilizzo. I ricercatori hanno misurato la produzione di idrogeno monitorando la quantità di elettroni prodotti dai batteri, che è direttamente correlato alla quantità di idrogeno prodotta. La misurazione era nella fascia alta per esperimenti di laboratorio simili e, Ren ha detto, il doppio delle tecnologie con il potenziale di scalabilità per uso industriale.

Ren ha detto che vede questa tecnologia scalabile perché la camera usata per isolare l'idrogeno è modulare, e molti possono essere impilati per elaborare più acque reflue e produrre più idrogeno.

Sebbene non sia stata ancora effettuata un'analisi del ciclo di vita, i ricercatori hanno detto che il processo sarà almeno energeticamente neutro, se non energia positiva, ed elimina la necessità di combustibili fossili per creare idrogeno.

I ricercatori hanno affermato che probabilmente in futuro sperimenteranno la produzione di maggiori quantità di idrogeno e altri gas, e non vediamo l'ora di trasferire questa tecnologia nell'industria.