Una potenziale fonte di energia rinnovabile è il gas idrogeno prodotto dall'acqua con l'aiuto della luce solare. Ricercatori dell'Università di Linköping, Svezia, hanno sviluppato un materiale, carburo di silicio cubico nanoporoso, che mostra proprietà promettenti per catturare l'energia solare e dividere l'acqua per la produzione di gas idrogeno. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano .

"Sono necessari nuovi sistemi energetici sostenibili per affrontare le sfide energetiche e ambientali globali, come l'aumento delle emissioni di anidride carbonica e il cambiamento climatico, " dice Jianwu Sun, docente presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia all'Università di Linköping, che ha condotto il nuovo studio.

L'idrogeno ha una densità energetica tre volte quella della benzina. Può essere utilizzato per generare elettricità utilizzando una cella a combustibile, e le auto alimentate a idrogeno sono già disponibili in commercio. Quando l'idrogeno viene utilizzato per produrre energia, l'unico prodotto formato è acqua pura. In contrasto, però, l'anidride carbonica viene creata quando viene prodotto l'idrogeno, poiché la tecnologia più comunemente utilizzata oggi utilizzata dipende dai combustibili fossili per il processo. Così, Quando viene prodotta 1 tonnellata di gas idrogeno vengono emesse 9-12 tonnellate di anidride carbonica.

La produzione di gas idrogeno mediante la scissione delle molecole d'acqua con l'aiuto dell'energia solare è un approccio sostenibile che potrebbe fornire gas idrogeno utilizzando fonti rinnovabili senza portare a emissioni di anidride carbonica. Uno dei principali vantaggi di questo metodo è la possibilità di convertire l'energia solare in combustibile che può essere immagazzinato.

"Le celle solari convenzionali producono energia durante il giorno, e l'energia deve essere utilizzata immediatamente, o conservati in, Per esempio, batterie. L'idrogeno è una promettente fonte di energia che può essere immagazzinata e trasportata allo stesso modo dei combustibili tradizionali come benzina e diesel, " dice Jianwu Sun.

Non è, però, un compito facile per dividere l'acqua usando l'energia della luce solare per dare gas idrogeno. Perché questo abbia successo, è necessario trovare materiali economici che abbiano le proprietà giuste per la reazione in cui l'acqua (H2O) viene scissa in idrogeno (H2) e ossigeno (O2) tramite fotoelettrolisi. L'energia della luce solare che può essere utilizzata per scindere l'acqua è principalmente sotto forma di radiazioni ultraviolette e luce visibile. Perciò, è necessario un materiale in grado di assorbire efficacemente tale radiazione per creare cariche che possono essere separate e avere energia sufficiente per dividere le molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno. La maggior parte dei materiali studiati fino ad ora sono inefficienti nel modo in cui utilizzano l'energia della luce solare visibile (biossido di titanio, TiO2, Per esempio, assorbe solo la luce solare ultravioletta), o non hanno le proprietà necessarie per scindere l'acqua in gas idrogeno (ad esempio, silicio, Si).

Il gruppo di ricerca di Jianwu Sun ha studiato il carburo di silicio cubico, 3C-SiC. Gli scienziati hanno prodotto una forma di carburo di silicio cubico che ha molti pori estremamente piccoli. Il materiale, che chiamano 3C-SiC nanoporoso, ha proprietà promettenti che suggeriscono che può essere utilizzato per produrre gas idrogeno dall'acqua utilizzando la luce solare. Il presente studio è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano , e in esso i ricercatori mostrano che questo nuovo materiale poroso può intrappolare e raccogliere efficacemente l'ultravioletto e la maggior parte della luce solare visibile. Per di più, la struttura porosa favorisce la separazione delle cariche che hanno l'energia richiesta, mentre i piccoli pori danno una maggiore superficie attiva. Ciò migliora il trasferimento di carica e aumenta il numero di siti di reazione, aumentando così ulteriormente l'efficienza di scissione dell'acqua.

"Il risultato principale che abbiamo dimostrato è che il carburo di silicio cubico nanoporoso ha una maggiore efficienza di separazione della carica, che rende la scissione dell'acqua in idrogeno molto migliore rispetto a quando si utilizza carburo di silicio planare, " dice Jianwu Sun.