I catalizzatori accelerano le reazioni chimiche, ma il platino metallico ampiamente utilizzato è scarso e costoso. Ricercatori presso la Eindhoven University of Technology (TU/e), insieme ai cinesi, Ricercatori singaporiani e giapponesi, hanno ora sviluppato un'alternativa con un'attività 20 volte superiore:un catalizzatore con nanogabbie cave di una lega di nichel e platino. Il ricercatore del TU/e ​​Emiel Hensen vuole utilizzare questo nuovo catalizzatore per sviluppare in futuro un elettrolizzatore delle dimensioni di un frigorifero di circa 10 megawatt. I risultati saranno pubblicati il ​​15 novembre sulla rivista Scienza .

Entro il 2050, il governo nazionale mira a ottenere quasi tutto il fabbisogno energetico dei Paesi Bassi da fonti sostenibili, come il sole o il vento. Poiché queste fonti di energia non sono sempre disponibili, è importante essere in grado di immagazzinare l'energia generata. Data la loro bassa densità di energia, le batterie non sono adatte per immagazzinare grandi quantità di energia. Una soluzione migliore sono i legami chimici, con l'idrogeno come la scelta più ovvia di gas. Usando l'acqua, un elettrolizzatore converte (un eccesso di) energia elettrica in idrogeno, che può essere memorizzato. In una fase successiva, una cella a combustibile fa il contrario, riconvertire l'idrogeno immagazzinato in energia elettrica. Entrambe le tecnologie richiedono un catalizzatore per guidare il processo.

Il catalizzatore che aiuta con queste conversioni è, a causa della sua elevata attività, principalmente costituito da platino. Ma il platino è molto costoso e relativamente scarso; un problema se vogliamo utilizzare elettrolizzatori e celle a combustibile su larga scala. TU/e professore di catalisi, Emiel Hensen dice, "I colleghi ricercatori cinesi hanno quindi sviluppato una lega di platino e nichel, che riduce i costi e aumenta l'attività."

Un catalizzatore efficace ha un'elevata attività; converte più molecole d'acqua in idrogeno ogni secondo. Hensen dice, "A TU/e, abbiamo studiato l'influenza del nichel sulle fasi chiave della reazione ea tal fine abbiamo sviluppato un modello al computer basato sulle immagini di un microscopio elettronico. Con calcoli di chimica quantistica siamo stati in grado di prevedere l'attività della nuova lega, e potremmo capire perché questo nuovo catalizzatore è così efficace".

Testato con successo in una cella a combustibile

Oltre all'altra scelta di metallo, i ricercatori sono stati anche in grado di apportare modifiche significative alla morfologia. Gli atomi nel catalizzatore devono legarsi con le molecole di acqua e/o ossigeno per poterli convertire. Più siti di legame porteranno quindi a una maggiore attività. Hensen dice, "Vuoi rendere disponibile quanta più superficie metallica possibile. È possibile accedere alle nanogabbie cave sviluppate dall'esterno e dall'interno. Questo crea un'ampia superficie, permettendo a più materiale di reagire allo stesso tempo." Inoltre, Hensen ha dimostrato con calcoli di chimica quantistica che le strutture superficiali specifiche delle nanogabbie aumentano ulteriormente l'attività.

Dopo i calcoli nel modello di Hensen, risulta che l'attività di entrambe le soluzioni combinate è 20 volte superiore a quella degli attuali catalizzatori al platino. I ricercatori hanno anche trovato questo risultato in test sperimentali in una cella a combustibile. "Una critica importante a un sacco di lavoro fondamentale è che fa le sue cose in laboratorio, ma quando qualcuno lo mette in un dispositivo reale, spesso non funziona. Abbiamo dimostrato che questo nuovo catalizzatore funziona in un'applicazione reale".

La stabilità di un catalizzatore deve essere tale da poter continuare a funzionare in un'auto o in una casa a idrogeno per gli anni a venire. I ricercatori hanno quindi testato il catalizzatore per 50, 000 'giri' nella cella a combustibile, e ha visto una diminuzione trascurabile dell'attività.

Elettrolizzatore in ogni distretto

Le possibilità per questo nuovo catalizzatore sono molteplici. Sia sotto forma di cella a combustibile che di reazione inversa in un elettrolizzatore. Per esempio, le celle a combustibile sono utilizzate nelle auto alimentate a idrogeno, mentre alcuni ospedali dispongono già di generatori di emergenza con celle a combustibile alimentate a idrogeno. È possibile utilizzare un elettrolizzatore, Per esempio, sui parchi eolici in mare o forse anche accanto a ogni singola turbina eolica. Il trasporto dell'idrogeno è molto più economico del trasporto dell'elettricità.

Il sogno di Hensen va oltre. Lui dice, "Spero che saremo presto in grado di installare un elettrolizzatore in ogni quartiere. Questo dispositivo delle dimensioni di un frigorifero immagazzina tutta l'energia dai pannelli solari sui tetti del quartiere durante il giorno sotto forma di idrogeno. I gasdotti sotterranei trasporteranno l'idrogeno in futuro, e la caldaia per il riscaldamento centrale domestico sarà sostituita da una cella a combustibile, quest'ultimo riconvertendo l'idrogeno immagazzinato in elettricità. È così che possiamo sfruttare al meglio il sole".

Ma perché ciò accada, l'elettrolizzatore deve ancora subire un notevole sviluppo. Insieme ad altri ricercatori TU/e ​​e partner industriali della regione del Brabante, Hensen è quindi coinvolto nello start-up dell'istituto per l'energia di TU Eindhoven. L'obiettivo è quello di ampliare gli attuali elettrolizzatori commerciali fino a un elettrolizzatore da frigorifero di circa 10 megawatt.