Scoprire le sfide nella produzione di idrogeno verde

La ricerca dell’idrogeno come fonte di energia pulita e sostenibile ha acquisito slancio. Per produrre idrogeno verde, l’acqua deve essere divisa in ossigeno e idrogeno. Questo processo di scissione dell’acqua è facilitato da elettrocatalizzatori che aumentano la velocità della reazione chimica. Idealmente, il catalizzatore non cambia né si decompone a causa della reazione, e per gli elettrolizzatori questo diventa cruciale poiché gli elettrocatalizzatori rappresentano il 50% del loro costo totale. Di conseguenza, la loro efficienza e longevità sono cruciali per la futura disponibilità di idrogeno verde e quindi per un’economia a zero emissioni di carbonio. Un team di ricercatori guidati dal Max Planck Institute for Electrical Engineering (MPIE) ha scoperto perché questi catalizzatori in realtà si deteriorano e hanno una breve aspettativa di vita. Il loro lavoro dimostra che l’idrogeno prodotto da solo rappresenta il collo di bottiglia. Gli scienziati hanno ora pubblicato i loro risultati sulla rivista ACS Energy Letters.

Effetti dell’idrogeno sulle prestazioni catalitiche

La ricerca precedente si era concentrata principalmente sul miglioramento delle prestazioni del catalizzatore, senza analisi a livello atomico. Tuttavia, il team di Max Planck ha adottato un approccio diverso. “I nostri risultati hanno rivelato che durante il processo di sintesi vengono introdotte impurità. Sorprendentemente, abbiamo scoperto che le impurità di boro possono migliorare le prestazioni del catalizzatore espandendo la sua struttura reticolare.” Tuttavia, abbiamo notato che l’attività catalitica diminuisce dopo che una certa quantità di idrogeno è stata eliminata. prodotto e volevamo capire perché ciò accade e trovare modi per mantenere le prestazioni”, spiega il professor Baptiste Gault, autore della pubblicazione e capo del gruppo “Atom Probe Tomography” presso MPIE. La tomografia con sonda atomica e le simulazioni basate sulla teoria del funzionale della densità hanno rivelato che man mano che l’idrogeno si accumula sulla superficie del catalizzatore, il boro viene gradualmente rimosso dalla struttura reticolare. Questa reazione peggiora le prestazioni del catalizzatore, riducendo la concentrazione dei materiali droganti del boro.

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Prossimi passi: proteggere gli attivatori catalitici dall’idrogeno

“I nostri risultati mostrano che non è sufficiente aumentare l’attività catalitica utilizzando il boro come attivatore. Dobbiamo trovare soluzioni per proteggere il boro all’interno della struttura reticolare del catalizzatore”, afferma il professor Si Ho Kim, secondo autore della pubblicazione, ex ricercatore post-dottorato presso l’MPIE e ora assistente professore in Corea dell’idrogeno prodotto sulla superficie del catalizzatore.

Questa ricerca è stata resa possibile grazie al finanziamento del Consiglio europeo della ricerca nell’ambito del progetto Shine, guidato da Gault. Rappresenta un importante passo avanti nella nostra comprensione della produzione di idrogeno verde, aprendo la strada a un futuro più sostenibile ed economicamente vantaggioso nel campo delle energie rinnovabili.

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