SCOPERTE

L’idrogeno è a portata di pila

2654469285_4b2ab572d7_zSCOPERTE – Basta una batteria  mini-stilo, un po’ di acqua e due elettrodi e in pochi secondi si vedono affiorare dal liquido le bollicine di gas. Si tratta di ossigeno e idrogeno, prodotti dalla catalisi, cioè dalla scissione, delle molecole di acqua.
La tecnica di catalisi dell’acqua è già ampiamente utilizzata per la produzione di idrogeno, perché è facile da realizzare ed è meno inquinante della tecnica di reforming di metano o altri idrocarburi. Tuttavia finora nessuno era riuscito a mettere a punto un sistema così economico e a basso voltaggio per la produzione di idrogeno.

È stato Ming Gong, uno studente della Stanford University, a scoprire e a creare un materiale che nasconde la sua particolarità su scala nanoscopica.  Il materiale è un composto di ferro, nickel metallico e ossido di nickel: i due diversi composti di nickel messi insieme sembrano essere molto più efficienti nella catalisi dell’acqua rispetto ai due componenti presi singolarmente.

Non ci sono ancora le spiegazioni per il fenomeno osservato da Ming, ma la scoperta è comunque valsa una pubblicazione su Nature Communication. Infatti il fatto che il nuovo materiale realizzi la catalisi dell’acqua a un voltaggio molto più basso di quello usato normalmente, permette di risparmiare una grande quantità di soldi spesi per il costo dell’elettricità durante la produzione dell’idrogeno.
Inoltre anche i materiali con cui normalmente sono prodotti gli elettrodi (platino o iridio), sono più pregiati e quindi anche più costosi rispetto agli elettrodi di nuova invenzione.

L’interesse verso la produzione dell’idrogeno è crescente in Occidente, perché c’è la necessità di produrre sempre maggiori quantità di energia a basso costo.  Gli idrocarburi con cui ci muoviamo, ci scaldiamo e da cui produciamo energia in futuro saranno destinati a finire, e per il presente sono al centro di giochi di potere internazionali, da cui Europa e America sognano di diventare indipendenti.
Altra prerogativa dell’energia del futuro sono le basse emissioni per porre un freno a inquinamento e riscaldamento globale.

L’idrogeno, tanto più se prodotto con il metodo della Stanford University, potrebbe rispondere a tutti questi requisiti.
L’applicazione più prossima alla vita di tutti i giorni potrebbe essere l’uso dell’idrogeno come carburante per le automobili. Questo concorrerebbe a ridurre l’emissione dei gas-serra di un 13%, che corrisponde alla quota prodotta dai trasporti. Infatti nelle automobili l’idrogeno fa la reazione opposta alla catalisi e, combinandosi con l’ossigeno dell’aria, genera come unico prodotto di scarto l’acqua.
Mentre in USA saranno commercializzate auto a idrogeno a partire dal 2015, l’Europa si appresta a ampliare la ricerca e a studiare applicazioni e infrastrutture con il programma Horizon 2020.

 I ricercatori, ancora sorpresi dalla loro formidabile scoperta che potrà avere importanti applicazioni nella vita comune delle persone, tengono a sottolineare che il prossimo passo sarà quello di rendere più duraturo nel tempo questo processo di produzione. Lo strumento attuale funziona per alcuni giorni. Bisognerà escogitare il modo per consentire la produzione di idrogeno per diverse settimane o per mesi.

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   
Crediti immagine: Mesakatsu Matsumoto, Flickr

Giulia Annovi
Mi occupo di scienza e innovazione, con un occhio speciale ai dati, al mondo della ricerca e all'uso dei social media in ambito accademico e sanitario. Sono interessata alla salute, all'ambiente e, nel mondo microscopico, alle proteine.

11 Commenti

  1. Quand’ero piccolo guardavo sempre un cartone animato , si chiamava “Mago Pancione”
    La sigla recitava: “con le stelle fabbrica lampadine, tocca un materasso e diventa un sasso”…
    Questa scoperta è uguale…..

  2. Impossibile..se la cosa fosse possibile il destino dell’umanità sarebbe già cambiato..ma siccome il destino è già segnato, queste cose sn impossibili, serve qualcosa che l’uomo cn la sua arroganza e presunzione di onnipotenza nn riesce a capire.. strano che nessun impianto di scissione da oltre 85% e nessuna macchina termica darà oltre il 100%, sn principi di Fisica ben noti..spiancente

  3. Giulia,

    “… il fatto che il nuovo materiale realizzi la catalisi dell’acqua a un voltaggio molto più basso di quello usato normalmente, permette …”

    Può indicare il voltaggio usato normalmente per la catalisi dell’ acqua?

    “L’applicazione più prossima alla vita di tutti i giorni potrebbe essere l’uso dell’idrogeno come carburante per le automobili. Questo concorrerebbe a ridurre l’emissione dei gas-serra di un 13%, che corrisponde alla quota prodotta dai trasporti …”

    Può spiegare come arriva a questa conclusione?

    “L’interesse verso la produzione dell’idrogeno è crescente in Occidente, perché c’è la necessità di produrre sempre maggiori quantità di energia a basso costo …”

    Può spiegare come correla la produzione di energia alla produzione di Idrogeno?

    Grazie.

    GB

  4. “un sistema così economico e a basso voltaggio per la produzione di idrogeno”
    Non resta che aspettare fiduciosi una replica anche altrove., possibilmente prima di 3/6/18 mesi.
    Non è sotto NDA, vero?

  5. Gino Barabino,
    1 – in teoria 1,23 volt, in pratica nella reazione se ne perde parecchio e serve un “sovra-potenziale”
    2 – sempre in teoria, se viene usato come carburante l’H azzera la quota di CO2 emessa dai trasporti, e dimezza le emissioni complessive di NOx e di CO – rif. Schultz et al. Science, 2003. In pratica dipende da quanta ne emettono produzione, stoccaggio, distribuzione ecc.

    3 – se H viene usato come carburante, diventa una fonte di energia, no?

  6. “in pratica nella reazione se ne perde parecchio e serve un “sovra-potenziale” “

    Così, anche questa volta, niente miracoli.

  7. !- ochei, magari il sistema di Mr Ming Gong si avvicina alla tensione teorica
    MA
    mica per questo farà più Idrogeno di quel che prevede Faraday, data la quantità di energia elettrica usata?

    2- “dipende da quanta [CO2] ne emettono produzione, ecc” …
    Giusto.
    Quanta energia elettrica ci vuole per avere diciamo un chilogrammo di Idrogeno?
    Da dove si prende, questa energia elettrica?
    Quanta energia elettrica rende, un chilogrammo di Idrogeno?
    Questa la so: nelle celle a Idrogeno attuali, il 50% di quella usata per fare l’ Idrogeno.
    2 bis- “dimezza le emissioni complessive di NOx e di CO”: link non funziona, e sui NOx non sono d’ accordo. Non sono d’ accordo nemmeno sul CO, perché “dimezza”? Dovrebbe diventare zero. Pronto a ricredermi dietro documentazione.

    3- No. E’ un vettore, non diventa una fonte a seconda di come si usa.
    Salvo che si trovi una fonte di Idrogeno, tipo quelle fumarole sottomarine che buttano metano.

    Saluti.

    GB

  8. Vedo che il mio commento precedente si è incagliato nella moderazione, ne approfitto per ampliarlo.

    ” Basta una batteria mini-stilo, un po’ di acqua e due elettrodi e in pochi secondi si vedono affiorare dal liquido le bollicine di gas. ”
    _Quanto_ Idrogeno si produce scaricando una ministilo con codesto sistema?
    E buttandola semplicemente nell’ acqua, quanto se ne forma?

    “Si tratta di ossigeno e idrogeno, prodotti dalla catalisi, cioè dalla scissione, delle molecole di acqua”
    Chi l’ avrebbe mai detto!

    “La tecnica di catalisi dell’acqua è già ampiamente utilizzata per la produzione di idrogeno”
    Prego dica quanto Idrogeno viene prodotto nel mondo con l’ elettrolisi, e quanto con altri sistemi.

    “perché è facile da realizzare ed è meno inquinante della tecnica di reforming di metano o altri idrocarburi”
    Anche facendo l’ elettrolisi con le ministilo? E poi le ministilo scariche dove si buttano?

    “Tuttavia finora nessuno era riuscito a mettere a punto un sistema così economico e a basso voltaggio per la produzione di idrogeno”
    _Quanto_ economico? Quanto Idrogeno esce da una ministilo, e quanto costa la ministilo?

    ” i due diversi composti di nickel messi insieme sembrano essere molto più efficienti nella catalisi dell’acqua rispetto ai due componenti presi singolarmente”
    Sembrano?

    “Non ci sono ancora le spiegazioni per il fenomeno osservato da Ming”
    Quale fenomeno, esattamente?

    “la scoperta è comunque valsa una pubblicazione su Nature Communication”
    Dall’ abstract: A water electrolyzer that achieves ~20 mA cm−2 at a voltage of 1.5 V,
    Mette per piacere in relazione questo valore con quello raggiunto industrialmente?

    “il fatto che il nuovo materiale realizzi la catalisi dell’acqua a un voltaggio molto più basso di quello usato normalmente”
    Quale è il voltaggio normale?

    ” i materiali con cui normalmente sono prodotti gli elettrodi (platino o iridio), sono più pregiati e quindi anche più costosi rispetto agli elettrodi di nuova invenzione”
    Quanto costano gli elettrodi usati da Mr Ming Gong?

    “L’interesse verso la produzione dell’idrogeno è crescente in Occidente, perché c’è la necessità di produrre sempre maggiori quantità di energia a basso costo”
    Quanto costa l’ Idrogeno prodotto via elettrolisi?

    “Gli idrocarburi con cui ci muoviamo, ci scaldiamo e da cui produciamo energia in futuro saranno destinati a finire, e per il presente sono al centro di giochi di potere internazionali, da cui Europa e America sognano di diventare indipendenti”
    Ma se è proprio l’ America a fare i peggio giochini di potere internazionali!
    Comunque, quand’ anche, cosa c’ entra con l’ elettrolisi dell’ acqua?

    “Altra prerogativa dell’energia del futuro sono le basse emissioni per porre un freno a inquinamento e riscaldamento globale”
    Questa energia del futuro da dove verrà, dall’ Idrogeno?

    “L’idrogeno, tanto più se prodotto con il metodo della Stanford University, potrebbe rispondere a tutti questi requisiti.”
    Quali requisiti, chi lo dice, e in base a cosa?

    “L’applicazione più prossima alla vita di tutti i giorni potrebbe essere l’uso dell’idrogeno come carburante per le automobili.”
    Basta tenere presente che si spende energia per produrre Idrogeno, e che nel migliore dei casi (celle a combustione) si perde il 50% dell’ energia chimica dell’ Idrogeno nella conversione in energia elettrica.

    “Questo concorrerebbe a ridurre l’emissione dei gas-serra di un 13%, che corrisponde alla quota prodotta dai trasporti”
    Quindi la produzione di Idrogeno via sistema di Mr Ming sarebbe senza emissioni di gas serra?

    “Infatti nelle automobili l’idrogeno fa la reazione opposta alla catalisi e, combinandosi con l’ossigeno dell’aria, genera come unico prodotto di scarto l’acqua”
    Ochei. Nelle automobili munite di celle a combustione.

    “Mentre in USA saranno commercializzate auto a idrogeno a partire dal 2015, l’Europa si appresta a ampliare la ricerca e a studiare applicazioni e infrastrutture con il programma Horizon 2020.”
    Tempi futuri … quanto dell’ Idrogeno necessario sarà prodotto per via elettrolitica?

    “I ricercatori, ancora sorpresi dalla loro formidabile scoperta che potrà avere importanti applicazioni nella vita comune delle persone”
    Già sono ancora lì a bocca aperta a chiedersi cosa è successo.

    “tengono a sottolineare che il prossimo passo sarà quello di rendere più duraturo nel tempo questo processo di produzione”
    Dieci pile invece di una?

    “Lo strumento attuale funziona per alcuni giorni”
    E quanto Idrogeno produce, in questi giorni?

    “Bisognerà escogitare il modo per consentire la produzione di idrogeno per diverse settimane o per mesi”
    Venti pile! Trenta! Trentamila!

    Saluti.

    GB

  9. @Gino
    per rispondere a tutte queste domande alla Giulia non basterà tutta la vita professionale 🙂

  10. cara Silvia…. ma come ti viene in mente di dire che l’idrogeno è una fonte di energia?
    questa bestemmia ricorre ogni tanto tra coloro che DICONO di intendersi di scienza e, a quanto vedo, non c’è modo di estirparla. A meno che non si abbia il buon gusto di “starsi zitti” su argomenti di cui si ha solo una infarinatura giornalistica

    Seconda cosa: le auto a idrogeno esistono da più di quaranta anni (ne ho provata io una nel 1976) ma un conto è farle funzionare e un conto è produrle in serie e, PRINCIPALMENTE, renderle sicure per un uso da parte di un comune mortale. vorrei ricordare che l’idrogeno, al contrario dei combustibili classici, più che bruciare SCOPPIA ed è una sostanza pericolosissima da usare.

    Terza cosa (e forse la più importante). fare idrogeno a due o a duemila volt è del tutto secondario; quello che importa veramente è il fatto che per fare idrogeno per via elettrolitica occorre più energia di quella che contiene l’idrogeno prodotto dal processo ed è per questo, e solo per questo che (finora) la produzione elettrolitica dell’idrogeno non ha mai avuto nessun senso INDUSTRIALE. Se, con i nuovi metodi accennati (ma non spiegati) nell’articolo, si riuscirà a bypassare questo ostacolo…. ben venga. MA NON CI CREDO AFFATTO poichè ho una avversione innata verso tutto ciò che puzza di creazione energetica

    Mauro Marchionni – ingegnere meccanico

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