Rivoluzione nell’energia verde: una nuova scoperta nelle celle a combustibile a idrogeno - METEO GIORNALE: primo sito meteo italiano di Previsioni Meteo
Una svolta nella tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno
La ricerca collaborativa ha portato a una significativa riduzione dei costi nella tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno, sostituendo i metalli del gruppo del platino con l’argento nei catalizzatori. Questo rappresenta un passo importante verso lo stoccaggio di energia verde accessibile ed efficiente.
Con l’accelerazione globale verso fonti di energia rinnovabile, emerge una sfida cruciale: come immagazzinare efficacemente l’energia per i periodi in cui l’energia solare e eolica non sono disponibili.
Il potenziale delle celle a combustibile a idrogeno
Le celle a combustibile a idrogeno, uno dei principali candidati per risolvere questo problema, hanno ricevuto un notevole impulso grazie alla ricerca fondamentale proveniente dal SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia, dall’Università di Stanford e dal Toyota Research Institute (TRI), che è stata recentemente applicata in un dispositivo a celle a combustibile attraverso una collaborazione tra Stanford e il Technion Israel Institute of Technology.
“Le celle a combustibile a idrogeno hanno un grande potenziale per lo stoccaggio e la conversione dell’energia, utilizzando l’idrogeno come combustibile alternativo, ad esempio, alla benzina”, ha affermato Michaela Burke Stevens, scienziata associata presso il SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis di SLAC e Stanford, e uno degli autori principali dello studio. “Tuttavia, è ancora piuttosto costoso gestire una cella a combustibile.”
Il dilemma del costo delle celle a combustibile
Il problema, secondo Burke Stevens, è che le celle a combustibile si affidano tipicamente a un catalizzatore ricco di costosi metalli del gruppo del platino (PGM) che potenzia la reazione chimica che fa funzionare il sistema. Questo ha spinto Burke Stevens e i suoi colleghi a cercare modi per rendere il catalizzatore più economico, ma apportare un cambiamento così fondamentale alla chimica di una cella a combustibile è una sfida ardua: gli scienziati spesso scoprono che un catalizzatore che funziona nel loro piccolo laboratorio non funziona altrettanto bene quando un’azienda lo prova in una cella a combustibile reale.
Questa volta, i ricercatori hanno bilanciato i costi sostituendo parzialmente i PGM con un’alternativa più economica, l’argento; ma la vera chiave è stata semplificare la ricetta chimica per ottenere il catalizzatore sugli elettrodi della cella.
Gli scienziati di solito mescolano il catalizzatore in un liquido e poi lo spargono sull’elettrodo a maglie, ma queste ricette di catalizzatori non si comportano sempre allo stesso modo in ambienti di laboratorio diversi con strumenti diversi, rendendo difficile tradurre il lavoro in applicazioni reali. “I processi chimici umidi non sono particolarmente resilienti rispetto alle condizioni di laboratorio”, ha detto Tom Jaramillo, direttore di SUNCAT, che ha reso possibile la collaborazione.
Per aggirare questo problema, il team di SLAC ha invece utilizzato una camera a vuoto per depositi più controllati del loro nuovo catalizzatore sugli elettrodi. “Questo strumento ad alto vuoto è un metodo molto ‘quello che vedi è quello che ottieni’”, ha detto Jaramillo. “Purché il sistema sia ben calibrato, in linea di principio, le persone possono riprodurlo facilmente.”
Sforzi collaborativi e applicazione pratica
Per garantire che altri potessero riprodurre il loro approccio e applicarlo direttamente a celle a combustibile su larga scala, il team ha lavorato con esperti del Technion, che hanno dimostrato che il metodo funzionava in una cella a combustibile pratica.
“Questo progetto non era stato impostato per fare i test delle celle a combustibile qui, quindi siamo stati davvero fortunati che il dottorando di Stanford che ha guidato il progetto, José Zamora Zeledόn, abbia formato una connessione con Dario Dekel e il suo dottorando John Douglin al Technion. Erano attrezzati per testare le celle a combustibile reali, quindi è stata una combinazione davvero bella di risorse da mettere insieme”, ha detto Burke Stevens.
Insieme, i due team hanno scoperto che sostituendo l’argento più economico ad alcuni dei PGM utilizzati nei catalizzatori precedenti, potevano ottenere una cella a combustibile altrettanto efficace con un prezzo molto più basso – e ora che hanno un metodo collaudato di sviluppo dei catalizzatori, possono iniziare a testare idee più ambiziose.
“Potremmo provare a eliminare completamente i PGM”, ha detto Jaramillo. Dekel, professore di ingegneria chimica e direttore del Grand Technion Energy Program al Technion, era altrettanto entusiasta del potenziale della partnership. “Questo ha grandi benefici per la ricerca sulle celle a combustibile in ambito accademico così come per lo sviluppo pratico di catalizzatori nell’industria delle celle a combustibile”, ha detto.
Guardando avanti, Jaramillo ha detto che ricerche come questa decideranno se le celle a combustibile possono realizzare il loro potenziale. “Le celle a combustibile sembrano davvero eccitanti e interessanti per il trasporto pesante e lo stoccaggio di energia pulita”, ha detto Jaramillo, “ma alla fine tutto si riduce a ridurre i costi, che è ciò di cui tratta questo lavoro collaborativo.”
Questa ricerca è stata finanziata in parte dall’Ufficio per la Scienza del DOE attraverso il SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, un istituto congiunto SLAC-Stanford, e dal Toyota Research Institute.
