Un passo avanti nella scissione dell'acqua nelle sue parti potrebbe aiutare a far fruttare le energie rinnovabili, anche quando il sole non splende e il vento non soffia.

Utilizzando l'energia solare ed eolica quando è disponibile per la scissione dell'acqua, un processo che utilizza l'elettricità per dividere H ₂ O in idrogeno e ossigeno, offre un modo per immagazzinare energia sotto forma di idrogeno.

Attualmente il sistema più diffuso utilizzato per la scissione dell'acqua, o elettrolisi dell'acqua, si affida ai metalli preziosi come catalizzatori, ma un team di ricerca collaborativo, tra cui scienziati del Los Alamos National Laboratory e della Washington State University, ha sviluppato un sistema che utilizza materiali meno costosi e più abbondanti. Descrivono l'avanzata in un articolo pubblicato su Energia della natura il 9 marzo

"L'attuale sistema di elettrolisi dell'acqua utilizza un catalizzatore molto costoso. Nel nostro sistema, usiamo un catalizzatore a base di nichel-ferro, che è molto più economico, ma le prestazioni sono paragonabili, " ha detto Yu Seung Kim, uno scienziato ricercatore presso il Los Alamos National Laboratory e autore corrispondente dell'articolo.

La maggior parte della scissione dell'acqua oggi viene condotta utilizzando un'apparecchiatura chiamata elettrolizzatore dell'acqua a membrana a scambio protonico, che genera idrogeno ad alta velocità di produzione. È costoso, e lavora in condizioni molto acide, richiedono catalizzatori di metalli preziosi come platino e iridio, nonché piastre metalliche resistenti alla corrosione in titanio.

Il team di ricerca ha lavorato per risolvere questo problema dividendo l'acqua sotto alcalino, o di base, condizioni con un elettrolizzatore a membrana a scambio anionico. Questo tipo di elettrolizzatore non necessita di catalizzatore a base di metalli preziosi. Infatti, una squadra guidata da Yuehe Lin, professore presso la Scuola di Ingegneria Meccanica e dei Materiali della WSU, creato un catalizzatore a base di nichel e ferro, elementi meno costosi e più abbondanti nell'ambiente.

Il team di Lin ha condiviso il proprio sviluppo con Kim a Los Alamos, il cui team a sua volta ha sviluppato il legante per elettrodi da utilizzare con il catalizzatore. Il legante per elettrodi è un polimero conduttore di idrossido che lega i catalizzatori e fornisce un ambiente a pH elevato per reazioni elettrochimiche veloci.

La combinazione del legante per elettrodi sviluppato da Los Alamos e del catalizzatore di WSU ha aumentato il tasso di produzione di idrogeno a quasi dieci volte il tasso dei precedenti elettrolizzatori a membrana a scambio anionico, rendendolo comparabile con il più costoso elettrolizzatore a membrana a scambio protonico.

Attualmente negli Stati Uniti vengono prodotti circa 10 milioni di tonnellate di idrogeno ogni anno, principalmente utilizzando il gas naturale in un processo chiamato reforming del gas naturale, secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. L'idrogeno prodotto da un processo di scissione dell'acqua alimentato da elettricità da energia rinnovabile offre molti vantaggi economici e ambientali, disse Lin.

"La scissione dell'acqua è una tecnologia pulita, ma hai bisogno di elettricità per farlo, " disse Lin, che è anche un autore corrispondente sulla carta. "Ora abbiamo molta energia rinnovabile, energia eolica e solare, ma è intermittente. Per esempio, di notte non possiamo usare il solare, ma se durante il giorno, possiamo usare energia extra per convertirla in qualcos'altro, come l'idrogeno, è molto promettente".

Si prevede che il mercato globale della generazione di idrogeno raggiungerà i 199,1 miliardi di dollari entro il 2023. I mercati potenziali per l'energia dell'idrogeno includono di tutto, dalla conversione dell'energia di massa e la gestione della rete elettrica alle celle a combustibile per le automobili. Lin stima che negli Stati Uniti ci siano circa 600 parchi eolici pronti per il collegamento diretto ai sistemi di elettrolisi dell'acqua.