AvanTIElettrolisi solare più efficiente nella produzione di idrogeno

Un team di ingegneri dell’Università del Michigan ha sviluppato un nuovo tipo di pannello solare che ha raggiunto un’efficienza record nella conversione dell’acqua in idrogeno e ossigeno attraverso un processo noto come fotosintesi artificiale. Si tratta di un risultato quasi dieci volte più efficiente dei precedenti esperimenti di scissione dell’acqua tramite l’uso diretto della luce solare, fornendo nuove speranze per la produzione di idrogeno verde. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature.
Per produrre H2 verde, ossia completamente privo di emissioni climalteranti, è necessario che l’elettricità adoperata per dividere le molecole d’acqua deve essere fornita da fonti rinnovabili. Ma la strada è a volte troppo complessa e non necessariamente sostenibile. Ecco perché molti scienziati cercano di studiare sistemi di generazione diretta che imitino alcuni passaggi chiave della fotosintesi naturale. «Alla fine, crediamo che i dispositivi di fotosintesi artificiale saranno in futuro molto più efficienti della fotosintesi naturale, il che fornirà un percorso verso la neutralità del carbonio diverso da quello attuale», ha affermato Zetian Mi, professore di ingegneria elettrica e informatica dell’U-M che ha guidato il team.
La chiave di successo del nuovo sistema sta nella concentrazione della luce solare e nell’impiego di un semiconduttore fotocatalizzatore e autoriparante a base di nitruro di indio e gallio.
Quest’ultimo, di solito la parte più costosa del dispositivo, è di dimensioni molto più ridotte rispetto a quelli tradizionali ed è in grado di resistere ad una luce di 160 soli. Questo avviene perché, per aumentare l’efficienza del processo, la luce solare viene concentrata tramite una lente. La concentrazione della luce senza danneggiare il semiconduttore catalizzante è uno dei passi vincenti di questa tecnologia e permetterà di renderla economicamente conveniente.
Un’altra caratteristica importante del processo è la scissione dell’acqua usando la porzione di energia più alta dello spettro solare. Il nuovo semiconduttore è così in grado di lavorare con efficienza anche a temperature elevate, fattore che accelera il processo di scissione dell’acqua, facilitando allo stesso tempo la separazione tra idrogeno ed ossigeno. La temperatura viene mantenuta a 75 gradi Celsius durante la reazione grazie a un semplice strato isolante posto sopra lo schermo. La temperatura è sufficientemente elevata per favorire la reazione, ma rimane abbastanza fredda per consentire al catalizzatore semiconduttore di funzionare efficacemente.
«Abbiamo ridotto le dimensioni del semiconduttore di oltre 100 volte rispetto ad alcuni semiconduttori che funzionano solo a bassa intensità luminosa. L’idrogeno prodotto dalla nostra tecnologia potrebbe essere molto economico», ha dichiarato Peng Zhou, primo autore dello studio e ricercatore dell’U-M in ingegneria elettrica e informatica. Sperimentato all’aperto, il nuovo sistema di elettrolisi solare ha raggiunto un’efficienza del 6,1% nel trasformare sole e acqua in idrogeno verde. Nelle condizioni più stabili di laboratorio la resa ha toccato invece il 9,2%. Ora i ricercatori cercheranno di migliorare ulteriormente l’efficienza e ottenere idrogeno ad altissima purezza da immettere direttamente nelle celle a combustibile.