L'idrogeno svolgerà un ruolo chiave nel ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili. Può essere prodotto in modo sostenibile utilizzando l'energia solare per dividere le molecole d'acqua. L'energia pulita risultante può essere immagazzinata, utilizzato per alimentare le automobili o convertito in elettricità su richiesta. Ma renderlo affidabile su larga scala e a un costo accessibile è una sfida per i ricercatori. La produzione efficiente di idrogeno solare richiede materiali rari e costosi, sia per le celle solari che per il catalizzatore, per raccogliere energia e quindi convertirla.

Gli scienziati del Laboratorio di scienza e ingegneria delle energie rinnovabili (LRESE) dell'EPFL hanno avuto l'idea di concentrare l'irradiazione solare per produrre una maggiore quantità di idrogeno su una determinata area a un costo inferiore. Hanno sviluppato un sistema fotoelettrochimico avanzato che, se utilizzato in combinazione con l'irraggiamento solare concentrato e la gestione termica intelligente, può trasformare l'energia solare in idrogeno con un tasso di conversione del 17% e una potenza e una densità di corrente senza precedenti. Cosa c'è di più, la loro tecnologia è stabile e può gestire le dinamiche stocastiche dell'irraggiamento solare giornaliero.

I risultati della loro ricerca sono stati appena pubblicati in Energia della natura . "Nel nostro dispositivo, un sottile strato d'acqua scorre su una cella solare per raffreddarla. La temperatura del sistema rimane relativamente bassa, consentendo alla cella solare di fornire prestazioni migliori, "dice Saurabh Tembhurne, coautore dello studio. "Allo stesso tempo, il calore estratto dall'acqua viene ceduto a catalizzatori, migliorando così la reazione chimica e aumentando il tasso di produzione di idrogeno, " aggiunge Fredy Nandjou, ricercatore al LRESE. La produzione di idrogeno è quindi ottimizzata in ogni fase del processo di conversione.

Gli scienziati hanno utilizzato l'esclusivo simulatore solare del LRESE per dimostrare le prestazioni stabili del loro dispositivo. I risultati delle dimostrazioni su scala di laboratorio sono stati così promettenti che il dispositivo è stato aggiornato e ora viene testato all'aperto, nel campus di Losanna dell'EPFL. Il team di ricerca ha installato uno specchio parabolico di 7 metri di diametro che concentra l'irraggiamento solare di un fattore 1, 000 e pilota il dispositivo. Sono in corso i primi test.

Stazioni di idrogeno

Gli scienziati stimano che il loro sistema possa funzionare per oltre 30, 000 ore, o quasi quattro anni, senza alcuna sostituzione di parti, e fino a 20 anni se alcune parti vengono sostituite ogni quattro anni. Il loro concentratore solare ruota e segue il sole nel cielo per massimizzarne la resa. Sofia Haussener, il capo del LRESE e il capo progetto, spiega:"In tempo soleggiato, il nostro sistema può generare fino a 1 chilogrammo di idrogeno al giorno, che è abbastanza carburante per un'auto alimentata a idrogeno per percorrere da 100 a 150 chilometri."

Per distribuito, generazione di idrogeno su larga scala, diversi sistemi di concentrazione potrebbero essere utilizzati insieme per produrre idrogeno in impianti chimici o per stazioni di idrogeno. Tembhurne e Haussener stanno progettando di portare la loro tecnologia dal laboratorio all'industria con una società spin-off chiamata SoHHytec.

Software open source

Grazie ad un'interfaccia aperta, sarà possibile monitorare l'andamento istantaneo del sistema.

Come parte della loro ricerca, gli scienziati hanno anche eseguito uno studio di fattibilità tecnologica ed economica e sviluppato un programma software open source chiamato SPECDO (Solar PhotoElectroChemical Device Optimization, http://specdo.epfl.ch). Questo programma può aiutare gli ingegneri a progettare componenti per sistemi fotoelettrochimici a basso costo per la produzione di idrogeno solare. Inoltre, hanno fornito uno strumento di benchmarking dinamico chiamato SPECDC (Solar PhotoElectroChemical Device Comparison), per il confronto e la valutazione di tutte le dimostrazioni di sistemi fotoelettrochimici.