Bolle di idrogeno gassoso sono generate dalla reazione dell'acqua con un composito alluminio-gallio. Credito:Amberchan et al.
L'alluminio è un metallo altamente reattivo che può rimuovere l'ossigeno dalle molecole d'acqua per generare gas idrogeno. Il suo uso diffuso in prodotti che si bagnano non rappresenta un pericolo perché l'alluminio reagisce istantaneamente con l'aria per acquisire un rivestimento di ossido di alluminio, che blocca ulteriori reazioni.
Per anni, i ricercatori hanno cercato di trovare modi efficienti ed economici per utilizzare la reattività dell'alluminio per generare idrogeno pulito. Un nuovo studio condotto da ricercatori della UC Santa Cruz mostra che un composto di gallio e alluminio facilmente prodotto crea nanoparticelle di alluminio che reagiscono rapidamente con l'acqua a temperatura ambiente per produrre grandi quantità di idrogeno. Il gallio è stato facilmente recuperato per essere riutilizzato dopo la reazione, che produce il 90% dell'idrogeno che potrebbe teoricamente essere prodotto dalla reazione di tutto l'alluminio nel composito.
"Non abbiamo bisogno di alcun apporto di energia e fa bollire idrogeno come un matto. Non ho mai visto niente di simile", ha detto il professor Scott Oliver di chimica dell'UCSC.
Oliver e Bakthan Singaram, professore di chimica e biochimica, sono gli autori corrispondenti di un articolo sulle nuove scoperte, pubblicato il 14 febbraio su Applied Nano Materials .
La reazione dell'alluminio e del gallio con l'acqua è nota sin dagli anni '70 e i suoi video sono facili da trovare online. Funziona perché il gallio, un liquido appena al di sopra della temperatura ambiente, rimuove il rivestimento passivo di ossido di alluminio, consentendo il contatto diretto dell'alluminio con l'acqua. Il nuovo studio, tuttavia, include numerose innovazioni e nuove scoperte che potrebbero portare ad applicazioni pratiche.
Una domanda di brevetto statunitense è in attesa di questa tecnologia.
Singaram ha detto che lo studio è nato da una conversazione che ha avuto con uno studente, il coautore Isai Lopez, che aveva visto alcuni video e aveva iniziato a sperimentare la generazione di idrogeno alluminio-gallio nella sua cucina di casa.
"Non lo stava facendo in modo scientifico, quindi l'ho incaricato di fare uno studio sistematico con uno studente laureato. Ho pensato che sarebbe stata una buona tesi di laurea per lui misurare la produzione di idrogeno da diversi rapporti di gallio e alluminio ", ha detto Singaram.
Studi precedenti avevano utilizzato principalmente miscele ricche di alluminio di alluminio e gallio, o in alcuni casi leghe più complesse. Ma il laboratorio di Singaram ha scoperto che la produzione di idrogeno è aumentata con un composito ricco di gallio. In effetti, il tasso di produzione di idrogeno era così inaspettatamente alto che i ricercatori hanno pensato che ci dovesse essere qualcosa di fondamentalmente diverso in questa lega ricca di gallio.
Oliver ha suggerito che la formazione di nanoparticelle di alluminio potrebbe spiegare l'aumento della produzione di idrogeno e il suo laboratorio aveva l'attrezzatura necessaria per la caratterizzazione su scala nanometrica della lega. Utilizzando la microscopia elettronica a scansione e la diffrazione dei raggi X, i ricercatori hanno mostrato la formazione di nanoparticelle di alluminio in un composito gallio-alluminio 3:1, che hanno scoperto essere il rapporto ottimale per la produzione di idrogeno.
La microscopia elettronica a scansione del composito alluminio-gallio mostra nanoparticelle di alluminio in una matrice di gallio. Credito:Amberchan et al.
In questo composito ricco di gallio, il gallio serve sia per dissolvere il rivestimento di ossido di alluminio che per separare l'alluminio in nanoparticelle. "Il gallio separa le nanoparticelle e impedisce loro di aggregarsi in particelle più grandi", ha detto Singaram. "Le persone hanno lottato per produrre nanoparticelle di alluminio e qui le stiamo producendo a pressione atmosferica e condizioni di temperatura ambiente normali."
La realizzazione del composito non richiedeva altro che una semplice miscelazione manuale.
"Il nostro metodo utilizza una piccola quantità di alluminio, che assicura che tutto si dissolva nella maggior parte del gallio sotto forma di nanoparticelle discrete", ha detto Oliver. "Questo genera una quantità di idrogeno molto maggiore, quasi completa rispetto al valore teorico basato sulla quantità di alluminio. Inoltre, rende più facile il recupero del gallio per il riutilizzo."
Il composito può essere realizzato con fonti di alluminio prontamente disponibili, compresi fogli o lattine usati, e il composito può essere conservato per lunghi periodi coprendolo con cicloesano per proteggerlo dall'umidità.
Sebbene il gallio non sia abbondante ed è relativamente costoso, può essere recuperato e riutilizzato più volte senza perdere efficacia, ha detto Singaram. Resta da vedere, tuttavia, se questo processo può essere ampliato per essere pratico per la produzione commerciale di idrogeno. + Esplora ulteriormente
