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Rutenio: la via italiana per l’idrogeno verde a basso costo
Si stanno moltiplicando nel mondo gli sforzi in ricerca e sviluppo per abbattere i costi nella produzione di idrogeno verde. Elettrolisi solare e nano strutture di rutenio, un metallo raro, potrebbero costituire la nuova ricetta per un idrogeno verde economico.
A puntare su questa formula, un gruppo di ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova e di BeDimensional SpA, spin-off dello stesso IIT, con i ricercatori che hanno messo a punto un componente essenziale della produzione di idrogeno tramite elettrolisi, si tratta di un catalizzatore, cioè la specie chimica aggiunta alla reazione per incrementarne la velocità.
Nell’evoluzione dell’idrogeno, una delle due reazioni che si svolgono nell’elettrolisi dell’acqua, l’elettrocatalizzatore in grado di fornire i migliori risultati è al momento costituito da platino depositato sul carbonio mesoporoso. Si tratta di un composto che ha dimostrato di lavorare in maniera eccellente sia con elettroliti acidi che con quelli basici utilizzati dagli elettrolizzatori alcalini, tecnologia oggi leader di mercato. Come noto però Tuttavia il platino è elemento molto costoso, il cui prezzo incide pesantemente sul costo finale del vettore H2.
Come spiegano gli scenziati, per ottenere idrogeno verde economico e competitivo con la sua versione fossile (idrogeno grigio), “è fondamentale progettare una nuova generazione di elettrocatalizzatori sostenibili e altamente efficienti integrabili negli elettrolizzatori, in grado di funzionare continuamente a densità di corrente pratiche, cioè nell’intervallo di 0,2–1 A/cm2 o anche superiori”.
Il team italiano ha sostituito il platino con il rutenio (Ru) che, benché si tratti di un metallo raro, è disponibile al momento a circa un quinto del prezzo del platino, un passaggio però non banale nella pratica. Infatti i catalizzatori a base di Ru devono affrontare diverse problematiche tecniche, dal forte legame metallo-idrogeno che impedisce un efficace rilascio dell’H2 al rischio di “avvelenamento” dei siti attivi del catalizzatore.
Il superamento di tali ploblemataiche è stato superato progettando un elettrodo in TiO2 amorfo/rame decorato con piccolissime strutture di rutenio e rame, con la nuova tecnologia che prevede l’utilizzo di appena 40 milligrammi di rutenio per kW. A titolo comparativo negli elettrolizzatori a membrana si usa fino ad 1 grammo di platino per kW.
Come hanno spiegato due dei ricercatori, Sebastiano Bellani e Marilena Zappia di BeDimensional: “Abbiamo realizzato analisi elettrochimiche, simulazioni teoriche e test sotto condizioni industrialmente rilevanti che ci hanno permesso di determinare l’attività catalitica dei nostri materiali e comprenderne il funzionamento a livello molecolare, ovvero il meccanismo della reazione di scissione dell’acqua sulla loro superficie. Grazie ai dati raccolti, un’analisi tecno-economica ha inoltre dimostrato la competitività di questa tecnologia sia con i metodi di produzione di idrogeno (basati su fonti fossili) che con gli attuali elettrolizzatori”.
Utilizzando il rutenio, i ricercatori di IIT e BeDimensional hanno reso possibile il miglioramento degli elettrolizzatori alcalini, rendendo questa tecnologia più efficiente e con lunga vita operativa, capace di abbattere i costi di produzione dell’idrogeno verde. a livello evolutivo i ricercatori sotengono che “In futuro, prevediamo di applicare la nostra tecnologia, e i catalizzatori nanostrutturati basati su materiali bidimensionali sostenibili, in grandi impianti di elettrolizzatori alimentati con energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili, tra cui l’energia elettrica prodotta da parchi fotovoltaici”.
I risultati dello studio sono stati pubblicati su Journal of the American Chemical Society e Nature Communications.
La Redazione di Ecquologia
