Foglia artificiale: gli scienziati producono idrogeno dall'aria

A reaizzare questo nuovo elettrodo per le celle fotoelettrochimiche gli scienziati del Politecnico Federale di Losanna. Il funzionamento è incredibile

foglia produzione idrogeno — Idrogeno – Adobe – Ecoo.it

Un gruppo di ingegneri chimici dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in Svizzera ha creato un dispositivo chiamato “foglia artificiale” in grado di produrre idrogeno dall’aria utilizzando solo l’energia solare. Il team ha sviluppato nuovi elettrodi per celle solari speciali che combinano la raccolta di fotoni basata su semiconduttori con la scissione diretta dell’acqua presente nell’aria. La creazione di sistemi per la conversione efficiente ed economica della luce solare in energia chimica è un obiettivo sfidante per la scienza, le celle fotoelettrochimiche (PEC) offrono le opportunità più interessanti, ma hanno limitazioni nella commercializzazione a causa della complessità nella scalabilità delle celle.

L’EPFL ha intrapreso un lavoro per utilizzare i gas, in particolare l’aria, al posto dei liquidi nei sistemi di conversione della luce solare in energia chimica. Per utilizzare l’umidità presente nell’aria, è stato necessario sviluppare specifici elettrodi a diffusione di gas. Tuttavia, questi elettrodi sono solitamente realizzati in carbonio grafitico o metalli, materiali opachi che riducono significativamente la capacità di raccolta della luce. L’EPFL ha dovuto risolvere questa sfida per rendere i propri dispositivi efficaci ed efficienti.

Come funziona la foglia che produce idrogeno

Il team dell’EPFL ha creato un elettrodo a diffusione di gas trasparente per permettere l’esposizione alla luce solare, ma anche altamente poroso per massimizzare il contatto con le molecole d’acqua nell’aria. Per fare ciò, gli ingegneri hanno utilizzato fibre di quarzo che sono state trasformate in fogli di feltro attraverso la fusione ad alta temperatura. Successivamente, hanno rivestito i fogli con una pellicola trasparente di ossido di stagno arricchito con fluoro. Questo elettrodo permette una maggiore efficienza e raccolta della luce rispetto ai materiali opachi tradizionali utilizzati per gli elettrodi a diffusione di gas.

Come spiegato dalla ricercatrice e autrice responsabile dello studio Maria Caretti sviluppare il prototipo è stato difficile. Infatti gli elettrodi trasparenti a diffusione di gas fino a questo momento non erano mai stati oggetto di dimostrazione. Sono state, per l’appunto, sviluppate nuove procedure per ogni fase. Ma visto che il passaggio è relativamente semplice da scalare, l’approccio aprirà nuovi orizzonti per varie applicazioni. A cominciare dagli substrati di diffuione del gas per la generazione di energia solare.

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Lo studio ha poi dimostrato come sia possibile produrre idrogeno dall’aria. Il tutto grazie alla creazione di una membrana fotocatodica semiconduttrice polimerica a densità di fotocorrente (ad un Sole) dell’ordine di 1 mA/cm2 e con un’efficienza di Faraday del 40%.