Produrre idrogeno in maniera pulita, sicura ed efficiente a partire da soluzioni di alcoli rinnovabili. È il risultato raggiunto da un team dell’Istituto di chimica dei composti organometallici del Consiglio nazionale delle ricerche (Iccom-Cnr) di Firenze, diretto da Francesco Vizza e illustrato su 'Nature Communications'. “Comunemente l’idrogeno si ottiene dal metano, un metodo che produce CO₂ e quindi inquina”, spiega Vizza. “Un'alternativa pulita è quella dell’elettrolisi dell’acqua, processo che implica la scomposizione dell’acqua in ossigeno e idrogeno 'a zero emissioni', ma ha un elevato consumo energetico e, quando prodotto in alta pressione, presenta problemi di sicurezza poiché il mescolamento dei due elementi può generare miscele esplosive. La novità del nostro studio è che abbiamo messo a punto un elettrolizzatore in grado di produrre idrogeno, ma non ossigeno, a partire da soluzioni acquose da alcoli rinnovabili (etanolo, glicerolo o altri alcoli superiori estratti da biomasse), ottenendo un risparmio energetico del 60% rispetto all’elettrolisi dell’acqua.
Come era noto, infatti, per rompere l’acqua in presenza di alcoli serve meno energia rispetto a quella necessaria quando c’è solo acqua, ma nessuno prima del nostro gruppo aveva pensato di sfruttare queste caratteristiche degli alcoli rinnovabili per la produzione di idrogeno”.
Cuore dell’esperimento sono gli elettrodi nanostrutturati impiegati in una cella elettrolitica di nuova generazione. “Si tratta di elettrocatalizzatori anodici costituiti da nanoparticelle di palladio, depositati su architetture tridimensionali di nano-tubi di titanio”, aggiunge il ricercatore dell’Iccom-Cnr, “grazie ai quali è possibile realizzare elettrolizzatori per produrre idrogeno da soluzioni acquose di alcoli derivati da biomasse, consumando 18,5 kWh per la produzione di 1 kg di idrogeno, rispetto a 45 KWh per 1 kg di idrogeno prodotto da sola acqua, un grande guadagno energetico ed economico. Il risultato supera abbondantemente le raccomandazioni del Doe, il Dipartimento di energia statunitense che, entro il 2020, ha fissato un limite di 43 KWh di consumo di energia elettrica per kg di idrogeno prodotto”.
Diverse le potenziali ricadute tecnologiche della ricerca. “L’idrogeno pulito e a basso costo energetico, opportunamente immagazzinato, potrebbe servire per generare corrente elettrica da qualche kWh fino a potenze più alte: generatori di corrente portatili e stazionari, a zero impatto ambientale. Inoltre, l’elettrolizzatore dell’invenzione permette di ottenere, a partire da alcoli rinnovabili, composti ad alto valore aggiunto, utili nell’industria cosmetica e tessile (derivati del glicerolo e del glicole etilenico), alimentare (acetato da bioetanolo) e nella produzione di plastiche biodegradabili (acido lattico da propandiolo), attualmente ottenuti solo mediante costosi ed inquinanti processi industriali”, conclude Vizza.
La ricerca è stata finanziata dal progetto europeo Decore e dal progetto Hydrolab2 dell’Ente Cassa di Risparmio di Firenze, le cui due unità di ricerca sono coordinate rispettivamente da Alessandro Lavacchi e Francesco Vizza.