Idrogeno pulito per elettrolisi con nanocatalizzatori

È stato finanziato il Progetto di Ricerca di Interesse Nazionale (PRIN) dal titolo Novel cost-effective electrolysis technology fed with different types of water for clean hydrogen production (NETH2).

Sull’idrogeno vengono riposte oggi grandi speranze: tale vettore energetico potrebbe essere in grado di fornire risposte davvero efficaci alle complicazioni climatiche e ambientali degli ultimi decenni. La capacità dell’idrogeno di generare energia senza emissione di CO2 è infatti guardata con enorme fiducia come una possibilità di produzione energetica più pulita per l’ambiente. È, in particolare, l’idrogeno verde ad offrire una concreta fonte di energia ecosostenibile. Esso, infatti, viene prodotto attraverso l’elettrolisi dell’acqua per cui l’emissione di CO2 è praticamente azzerata.

L'elettrolisi dell'acqua che sfrutti un elettrolita liquido alcalino è, attualmente, una tecnologia matura e a basso costo per la produzione di idrogeno da fonti energetiche rinnovabili. Tuttavia, lo svantaggio significativo di questa tecnologia che sfrutta elettroliti liquidi alcalini risiede proprio nel potere corrosivo, ad alte concentrazioni, di questi stessi liquidi che determina, nel tempo, un danneggiamento del dispositivo complessivo, una drastica diminuzione nel tempo dell’efficienza del processo di elettrolisi e problemi di sicurezza di utilizzo.

Queste problematiche possono essere risolte e superate utilizzando, in alternativa, dispositivi innovativi chiamati «membrane a scambio anionico». Queste membrane permettono di scambiare gruppi idrossilici creando così un ambiente alcalino ma con potere corrosivo abbattuto. Tali sistemi sono, però, ad oggi ad uno stadio di utilizzo embrionale e richiedono di essere ottimizzati per assicurare alte efficienze e stabilità nell’utilizzo.

In tale ottica, il progetto NETH2 ha l’obiettivo di sviluppare e caratterizzare materiali avanzati che permettano di produrre, su larga scala, membrane a scambio anionico ad alta efficenza, economiche, e stabili da utilizzarsi nella tecnologia di elettrolisi dell’acqua. Il progetto è guidato dall’ITAE-CNR (Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia “Nicola Giordano” del Consiglio Nazionale delle Ricerche) e vede il Dipartimento di Fisica e Astronomia “Ettore Majorana” (DFA) dell’Università di Catania come unità operative dedicata allo sviluppo materiali nanostrutturati innovativi utili al raggiungimento degli obiettivi dal progetto.

Responsabile scientifico delle attività del DFA è il Prof. Francesco Ruffino e partecipano alle attività, sempre per il DFA, il Prof. Antonio Terrasi, il Prof. Salvatore Mirabella, la Prof.ssa Elena Bruno. Le ricercatrici e i ricercatori del DFA, nell’ambito di questo progetto, produrranno, tramite avanzate tecniche di sintesi, nanotrutture di materiali non critici, quali Ni, Mo, Cu, e loro composti che, grazie alle loro proprietà quantistiche sulla nanoscala, possano fungere da elettro-catalizzatori per i processi coinvolti nella elettrolisi dell’acqua. Tali nanostrutture, integrate nelle membrane a scambio anionico contribuiranno alla alta efficenza e stabilità nel tempo delle stesse membrane ne confronti del processo di elettrolisi.

Con riferimento alla figura, dispersion in liquid delle nanostruttre verranno fabbricate utilizzando approcci basati sull’utilizzo di laser pulsati al nanosecondo, avanzate tecniche di analisi morfologiche, struttrali, composizionali, ottiche verrano utilizzate per caratterizzare le proprietà dei nanomateriali prodotti. Infine, verranno effettuate caratterizzazioni elettrochimiche su elettrodi nanostrutturati fabbricati con tali nanostrutture per verificare il loro effetto sui processi di elettrolisi dell’acqua.