Roberta De Carolis Un particolare pannello fotovoltaico riesce a produrre in modo economico idrogeno “imitando” un passaggio chiave della fotosintesi clorofilliana. La ricerca, che ha ottenuto risultati eclatanti, è stata guidata da un gruppo di ricerca dell’Università del Michigan (Usa) ed è quasi 10 volte più efficiente dei precedenti esperimenti del medesimo genere
©Università del Michigan
Un eccezionale risultato è stato ottenuto nel campo della produzione di idrogeno da fotovoltaico: un gruppo di ricerca dell’Università del Michigan (Usa) è riuscito a scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno tramite un particolare pannello solare che “imita” un passaggio chiave della fotosintesi clorofilliana.
Il pannello ha raggiunto un’efficienza del 9% nella conversione dell’acqua nei suoi elementi, ovvero idrogeno e ossigeno: all’aperto, questo rappresenta un grande balzo tecnologico, essendo una percentuale di efficienza quasi 10 volte quella ottenuta in precedenti esperimenti del genere.
Ma oltre all’efficienza c’è di più: il costo dell’idrogeno green viene notevolmente ridotto in questo modo che implica riduzione del semiconduttore, generalmente la parte più costosa del dispositivo. Infatti questo innovativo dispositivo include un semiconduttore autorigenerante che resiste a una luce concentrata equivalente a 160 soli.
Attualmente, l’idrogeno “umano” viene dal combustibile fossile metano, processo poco green nel suo complesso. Le piante invece riescono ad ottenerlo dall’acqua usando la luce solare ed è questo che questa ricerca ha cercato di “imitare”: il pannello infatti “concentra” la luce solare che a sua volta scinde l’acqua nei suoi atomi costituenti, ovvero idrogeno e ossigeno, e in più senza distruggere il semiconduttore che la cattura.
©Università del Michigan
Abbiamo ridotto le dimensioni del semiconduttore di oltre 100 volte rispetto ad altri che funzionano solo a bassa intensità luminosa – spiega inoltre Peng Zhou, primo autore della ricerca -L’idrogeno prodotto dalla nostra tecnologia potrebbe essere molto economico
Ulteriore vantaggio la possibilità di usare con lo stesso dispositivo sia la parte a più alta frequenza dello spettro solare (più energetica) per scindere l’acqua sia quella inferiore che fornisce calore alla reazione e “scoraggia” la nuova formazione di acqua dai suoi elementi appena ottenuti.
Riteniamo che i dispositivi di fotosintesi artificiale saranno alla fine molto più efficienti di quella naturale, che fornirà un percorso verso la neutralità del carbonio
sostiene Zetian Mi, che ha guidato il lavoro
Per in campo aperto, Zhou ha installato una lente delle dimensioni di una finestra di casa per focalizzare la luce solare su un pannello sperimentale di pochi centimetri di diametro. All’interno di quel pannello, il catalizzatore semiconduttore era ricoperto da uno strato d’acqua, gorgogliante dei gas di idrogeno e ossigeno che separava.
Questo in particolare è costituito da nanostrutture di nitruro di indio e gallio, sviluppate su superficie di silicio: il nitruro di gallio cattura la luce, creando le condizioni chimiche adatte per la scissione dell’acqua.
Il tutto è “ricoperto” con uno strato isolante in cima al pannello he mantiene la temperatura a 75 gradi Celsius abbastanza alta da favorire la reazione ma anche ottima per consentire al catalizzatore semiconduttore di funzionare adeguatamente.
La versione all’aperto dell’esperimento, con luce solare e temperatura meno affidabili, ha raggiunto un’efficienza del 6,1% nel trasformare l’energia del sole in combustibile a idrogeno. Al chiuso, invece, il sistema ha raggiunto un’efficienza del 9%, risultato ritenuto eccezionale.
Il team mira ora a migliorare ulteriormente l’efficienza e a ottenere l’idrogeno ad altissima purezza, in modo da essere immesso direttamente nelle celle a combustibile.
Il lavoro è stato pubblicato su Nature.
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Fonti: Università del Michigan / Università del Michigan/Youtube / Nature
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