Author: Rinnovabili.it
Credits: © 2023 EPFL / Alain Herzog
Idrogeno dall’umidità dell’aria, l’ultima frontiera delle tecnologie fotoelettrochimiche
(Rinnovabili.it) – Una “foglia” artificiale in grado produrre idrogeno dall’aria solo grazie all’energia solare. Questo il dispositivo realizzato da un gruppo di ingegneri chimici dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), in Svizzera. Il team ha creato nuovi elettrodi per speciali celle solari che accoppiano la raccolta di fotoni basata su semiconduttori alla scissione diretta dell’acqua contenuta nell’aria
La capacità di realizzare sistemi per la conversione efficiente ed economica della luce solare in energia chimica continua ad essere un obiettivo sfidante per la scienza. In questo campo le celle fotoelettrochimiche (PEC) offrono le opportunità più interessanti, potendo in qualche modo replicare il processo di fotosintesi ma con efficienze teoriche maggiori. Esistono tuttavia delle limitazioni alla commerciabilità di questa tecnologia. Queste celle, infatti, impiegano normalmente semiconduttori immersi in soluzioni liquide, risultando più complesse da scalare.
Ma se al posto dei liquidi si utilizzassero i gas? E più precisamente l’aria? Parte da questa considerazione il lavoro dell’EPFL che ha da subito dovuto risolvere una grande sfida. Affinché le PEC possano sfruttare l’umidità atmosferica, servono specifici elettrodi a diffusione di gas. Questi elementi, tuttavia, sono realizzati generalmente in carbonio grafitico o metalli, materiali opachi che limitano in modo significativo la raccolta della luce.
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Elettrodi a diffusione di gas trasparenti
Come spiega Hillary Santuario sul sito dell’EPFL, il team ha creato un elettrodotto a diffusione di gas trasparente per facilitare l’esposizione alla luce solare, ma anche altamente poroso per massimizzare il contatto con le molecole d’acqua contenute nell’aria. Nel dettaglio, gli ingegneri hanno impiegato fibre di quarzo trasformandole 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.
“È stato difficile sviluppare il nostro prototipo, perché gli elettrodi trasparenti a diffusione di gas non erano mai stati oggetto di una precedente dimostrazione”, spiega Marina Caretti, ricercatrice e autrice responsabile dello studio. “Per ogni fase, abbiamo dovuto sviluppare nuove procedure. Ma poiché ogni passaggio è relativamente semplice e facile da scalare, credo che il nostro approccio aprirà nuovi orizzonti per una varietà di applicazioni, a partire dai substrati di diffusione del gas per la generazione di energia solare”.
Il lavoro ha dimostrato la fattibilità della produzione di idrogeno dall’aria realizzando 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%.