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AvanTILa foglia artificiale che produce idrogeno dall’aria

01.02.23 - 08:00
Realizzato un nuovo elettrodo poroso per celle solari in grado di raccogliere umidità dall’aria e generare idrogeno
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La foglia artificiale che produce idrogeno dall’aria
Realizzato un nuovo elettrodo poroso per celle solari in grado di raccogliere umidità dall’aria e generare idrogeno

Un team di ingegneri chimici dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), in Svizzera, ha sviluppato una “foglia” artificiale in grado di produrre idrogeno dall’aria solo grazie all’energia solare. Si tratta di un dispositivo costituito da innovativi elettrodi per speciali celle solari che combinano la raccolta di fotoni basata su semiconduttori alla scissione diretta dell’acqua contenuta nell’aria. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Materials.

Gli scienziati hanno sempre cercato di realizzare sistemi per la conversione efficiente ed economica della luce solare in energia chimica. Kevin Sivula del Laboratorio di Ingegneria Molecolare dei Nanomateriali Optoelettronici dell’EPFL e autore principale dello studio ha già dimostrato in precedenza che è possibile eseguire la fotosintesi artificiale generando idrogeno combustibile da acqua liquida e luce solare utilizzando un dispositivo chiamato cella fotoelettrochimica (PEC). Tuttavia, esistono delle limitazioni alla commerciabilità di questa tecnologia in quanto queste celle impiegano normalmente semiconduttori immersi in soluzioni liquide, risultando quindi complesse da scalare.

Il team dell’EPFL ha voluto allora dimostrare che la tecnologia delle celle fotoelettrochimiche può essere adattata per raccogliere l’umidità dall’aria, servendosi di specifici elettrodi a diffusione di gas. Questi elementi sono tuttavia generalmente realizzati in carbonio grafitico o metalli, materiali opachi che limitano in modo significativo la raccolta della luce. Per risolvere il problema i ricercatori hanno pertanto creato un elettrodotto a diffusione di gas trasparente per facilitare l’esposizione alla luce solare, ma anche altamente poroso per massimizzare il contatto con le molecole d’acqua contenute nell’aria.

Nello specifico, i ricercatori sono partiti da un tipo di lana di vetro, essenzialmente costituita da fibre di quarzo, che è stata trasformata in un wafer di feltro fondendo insieme le fibre ad alta temperatura. Successivamente, il wafer è stato rivestito con una sottile pellicola trasparente di ossido di stagno arricchito con fluoro, noto per la sua eccellente conduttività, robustezza e facilità di scalabilità. In questo modo è stato creato un wafer trasparente, poroso e conduttore, essenziale per massimizzare il contatto con le molecole d’acqua presenti nell’aria e far passare i fotoni. Il wafer è poi stato nuovamente rivestito con un sottile film di materiali semiconduttori che assorbono la luce solare.

Per finire, gli scienziati hanno costruito una piccola camera contenente il wafer rivestito e una membrana fotocatodica semiconduttrice polimerica per separare l’idrogeno gassoso prodotto per la misurazione. Quando la camera è stata esposta alla luce solare in condizioni di umidità, è stato prodotto idrogeno gassoso, raggiungendo l’obiettivo che gli scienziati si erano prefissati e dimostrando quindi che il concetto di elettrodo trasparente a diffusione di gas per la produzione di idrogeno gassoso a energia solare può essere realizzato.

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