CNR, un idrogeno sempre più verde

Realizzata una cella elettrolitica per la produzione di idrogeno verde dall’acqua. Le ricadute della ricerca riguardano sia la chimica fondamentale che nuove prospettive per la produzione sostenibile di idrogeno

Ricercatori dell’Istituto di chimica dei composti organometallici del Consiglio nazionale delle ricerche in collaborazione con l’ETH di Zurigo hanno scoperto che la produzione di idrogeno verde dall’acqua può essere promossa da singoli atomi di rutenio. I ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che un complesso organometallico dinucleare di rutenio è un attivo catalizzatore per la generazione di idrogeno in una cella elettrolitica a membrana polimerica (PEM). L’apparato realizzato su piccola scala di laboratorio produce 28 litri di H2 (diidrogeno) per grammo di rutenio al minuto.  In sette giorni di attività non si registrano fenomeni di degradazione del catalizzatore. Al momento l’efficienza non è paragonabile ad un sistema commerciale, ma rappresenta una proof of concept per una nuova classe di elettrolizzatori. La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista Chemical Science.

Attualmente il 95% dell’idrogeno è ottenuto da processi che impiegano fonti fossili. Solo il 5% proviene da fonti rinnovabili. Il paradigma per la generazione di idrogeno verde è l’accoppiamento della generazione di energia elettrica rinnovabile con l’elettrolisi dell’acqua (processo elettrolitico nel quale il passaggio di corrente elettrica causa la scomposizione dell’acqua in ossigeno e idrogeno gassoso). Tuttavia, l’elettrolisi dell’acqua presenta importanti ostacoli. In particolare, le tecnologie degli elettrolizzatori più performanti impiegano quantità ingenti di platino e di iridio, entrambi presenti nella lista dei Critical Raw Materials (CRM), ovvero materiali a rischio di approvvigionamento. Sulla base dell’attuale catena di approvvigionamento i metalli del gruppo del platino limiterebbero la produzione di elettrolizzatori a membrana polimerica a circa 6-7 GW anno, contro i 100 GW annui previsti dalle roadmap di decarbonizzazione al 2030. La ricerca è quindi orientata ad eliminare tali materiali o a ridurne la quantità impiegata, aumentandone la durabilità e la riduzione dei costi dei dispositivi.

“Nel nostro esperimento il contenuto metallico dell’elettrodo catodico è meno della metà rispetto al platino presente negli elettrolizzatori più performanti noti nello stato dell’arte. Ogni singolo atomo è coinvolto nella reazione di evoluzione di idrogeno, a differenza di quanto avviene con le nanoparticelle nelle quali solo gli atomi della superficie, e non tutti, partecipano alla reazione. Questo si traduce in un carico metallico più basso a parità di idrogeno prodotto”, spiega Francesco Vizza del Cnr-Iccom e coordinatore dello studio.

Le implicazioni della ricerca riguardano sia la chimica fondamentale della reattività di piccole molecole come l’acqua, che nuove prospettive per la produzione sostenibile di idrogeno verde. “Il meccanismo di evoluzione di idrogeno proposto sarà utile alla comunità scientifica per la progettazione di catalizzatori su scala atomica e dispositivi elettrocatalitici migliorati. Il passo successivo sarà lo studio dei complessi molecolari stabilizzati da metalli non costosi e largamente disponibili in natura”, conclude Vizza.

Il progetto che ha permesso di ottenere questo risultato è stato finanziato dal MUR con fondi FISR-2019.

Franco Metta

Contenuti correlati

• 
  Idrogeno verde, la “grande occasione” per la ricerca in Italia

  “Sembrerebbe, finalmente, essere arrivata la grande rivoluzione dell’idrogeno per il nostro Paese”. È quanto ha affermato il Prof. Marco Mele, economista dell’università Unicusano di Roma, intervenuto ad una nota emittente statunitense pochi giorni fa. “Per il nostro...
• 
  Ridurre i costi di produzione dell’idrogeno verde fino al 20% con ABB

  ABB introduce il suo sistema di gestione dell’energia, ABB Ability Optimax, anche per il mercato dell’idrogeno verde. ABB Ability Optimax permette alle aziende di ridurre i costi di produzione grazie a una visibilità in tempo reale dei...
• 
  Uso dell’idrogeno verde nelle costruzioni, il paper di H2IT con idee e proposte

  Sia Bruxelles che il Governo nazionale (attraverso il PNRR) hanno inserito tra le proprie priorità strategiche lo sviluppo di una filiera dell’idrogeno verde, prodotto grazie all’impiego di energia da fonti rinnovabili, che diventerà sempre più determinante anche...
• 
  Mitsubishi Power sceglie Emerson per un hub per l’idrogeno e l’accumulo di energia pulita

  Mitsubishi Power Americas ha scelto Emerson per automatizzare la più grande struttura di produzione e stoccaggio di idrogeno verde al mondo. L’hub leader del settore contribuirà a integrare le energie rinnovabili producendo e immagazzinando idrogeno verde per...
• 
  Energia pulita

  La tensione sui prezzi, la guerra in Ucraina, l’incertezza sulla fornitura del gas russo hanno fatto sì che l’idrogeno – fonte “nuova” alla quale erano state affidate molte aspettative sulla lotta alle emissioni di gas climalteranti –...
• 
  CNR, nuovi materiali migliorano l’efficienza dei pannelli fotovoltaici

  Un parco solare di 4,5 metri quadrati ad Heraklion, sull’isola di Creta, realizzato con pannelli fotovoltaici di terza generazione basati su nuovi materiali, quali perovskite e grafene e altri materiali bidimensionali in sostituzione del silicio, è stato...
• 
  PNRR, dal MiTE 450 milioni per sviluppare la filiera dell’idrogeno verde

  Il ministro della Transizione Ecologica, Roberto Cingolani, ha firmato il Decreto che dà attuazione all’Investimento 5.2 (M2C2) del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza. La misura mette a disposizione 450 milioni di euro per finanziare progetti finalizzati...
• 
  Vulcani, l’Etna emette quantità eccezionali di CO2

  L’Etna emette quantità di CO2 molto superiori a quelle di altri vulcani attivi e ciò si deve a serbatoi di carbonio profondi presenti sotto l’Italia meridionale, che liberano anidride carbonica a causa del movimento della placca ionica....
• 
  ABB e Axpo per un idrogeno verde più accessibile in Italia

  ABB collabora con l’utility svizzera Axpo per sviluppare impianti modulari di produzione di idrogeno verde in Italia, con l’obiettivo di creare un modello operativo in grado di produrre idrogeno verde a prezzi accessibili. Per realizzare la visione...
• 
  Pubblicato il primo rapporto socio-economico e ambientale sull’utilizzo delle biomasse solide

  Utili all’economia del nostro Paese e non solo. Questo è ciò che emerge dagli studi illustrati durante il “1° Rapporto socio-economico e ambientale 2019” promosso dall’Associazione Energia da Biomasse Solide (EBS). Le relazioni, frutto della ricerca intrapresa...