Una svolta per produrre idrogeno con il calore solare?

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All'Università del Colorado a Boulder hanno scoperto un metodo per produrre idrogeno dal calore ottenuto con impianti solari a concentrazione, aggirando gli inconvenienti che avevano finora reso impraticabile questa strada. Una svolta importante sull'ancora lungo cammino per un'economia basata sull'idrogeno pulito.

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La produzione di idrogeno, da usare direttamente come combustibile o come reagente per produrre carburanti, tramite la luce solare, in genere, comporta la trasformazione della luce in elettricità tramite pannelli solari e poi l’uso dell’elettricità per compiere l’elettrolisi dell’acqua e ottenere idrogeno e ossigeno. In tutti questi passaggi, però, gran parte dell’energia solare va persa: considerando che i pannelli fotovoltaici hanno una efficienza intorno al 20% e l’elettrolisi intorno al 60%, la percentuale di energia solare che alla fine viene effettivamente utilizzata per produrre idrogeno è solo un decimo del totale.

C’è anche un sistema molto più diretto ed efficiente per produrre idrogeno dalla luce solare: concentrarla con specchi su un reattore portandolo a temperature altissime, e poi usare questo calore per spezzare direttamente la molecola dell’acqua. La dissociazione dell’acqua, però avviene a temperature altissime, oltre i 2000 °C, richiedendo metalli speciali che rendono tecnicamente difficile e costoso sfruttarla.

Per utilizzare temperature più ragionevoli, si può far reagire l’acqua con ossidi metallici, per esempio di cerio, ma questo finora si pensava richiedesse reazioni chimiche divise in due fasi: prima portare il reattore ad oltre 1500° C, così che gli ossidi perdano parte del loro ossigeno diventando estremamente reattivi, successivamente abbassare la temperatura a 1000 °C e introdurre vapore acqueo, così che i metalli strappino l’ossigeno dall’acqua, liberandone l’idrogeno. Questo continuo alzare ed abbassare le temperature, però, fa perdere tempo ed energia e provoca un grande stress sul reattore, diminuendone la vita utile, tanto che nessuno ha mai messo in pratica industrialmente il sistema.

Adesso un team diretto dagli ingegneri chimici Alan Weimar e Charles Musgrave, dell’Università del Colorado a Boulder, è riuscito a elaborare un metodo per evitare l’altalena delle temperature. Il reattore (vedi immagine a lato, clicca per ingrandire) ideato dai due ricercatori, viene riempito con un mix di ossidi di ferro, alluminio e cobalto e portato a 1350 °C. A quel punto, hanno dimostrato in un articolo su Science, gli ossidi metallici perdono abbastanza ossigeno da diventare altamente reattivi e basta far entrare vapore alla stessa temperatura, per riformare gli ossidi e liberare idrogeno. Quando la reazione è completa, si chiude la valvola del vapore e si attende che gli ossidi ritornino allo stato reattivo, e il ciclo ricomincia. Insomma, il reattore funziona in modo continuo, mantenendo la stessa temperatura.

“Siamo riusciti a progettare qualcosa di così differente da quanto immaginato finora e che francamente non si riteneva possibile”, ha detto Weimer ”Riuscire a spezzare la molecola dell’acqua con il solo calore solare è sempre stato considerato il Santo Graal di un’economia sostenibile basata sull’idrogeno“.

La tecnologia rivoluzionaria, raffreddano gli entusiasmi i ricercatori, è comunque ancora “distante anni dalla commercializzazione”: l’immagine in alto accanto al titolo (courtesy della University of Colorado, qui la versione ingrandita) è solo un rendering di come potrebbero essere le centrali del futuro per produrre idrogeno dal sole.

Abbiamo pubblicato qui l’articolo in inglese con cui dall’Università del Colorado spiegano l’innovazione.

 

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