Per ridurre la dipendenza da costosi catalizzatori a base di metalli preziosi come il platino (Pt) e l’iridio (Ir), la ricerca si è da tempo orientata verso gli elettrolizzatori a membrana a scambio anionico (AEM), che adottano soluzioni più economiche per rendere la produzione di idrogeno verde più accessibile. Tuttavia, questa tecnologia, sebbene promettente, presenta ancora diversi limiti, in particolare nei catalizzatori utilizzati: spesso poco efficienti e soggetti a degrado, finiscono per incidere negativamente sia sull’efficienza degli elettrolizzatori, sia sui costi complessivi del processo.
Per fortuna i ricercatori del Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) in Corea del Sud hanno sviluppato un catalizzatore innovativo che potenzia l’efficienza degli elettrolizzatori, migliorando la produzione di idrogeno verde e riducendo significativamente i costi.
Elettrolizzatori AEM, cosa sono e quali i pro e contro
Prima di parlare dell’innovazione targata KRISS è bene fare un piccolo preambolo sugli elettrolizzatori AEM.
Come precisa il sito di informazione Rinnovabili, si tratta di speciali celle elettrochimiche in grado di convertire l’energia elettrica in energia chimica, come appunto accade nel processo di elettrolisi alla base della produzione di idrogeno verde. Particolarità degli elettrolizzatori AEM è il fatto di utilizzare una membrana a scambio anionico, “una speciale membrana semipermeabile che conduce ioni idrossido (OH−) per dividere le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno”.
Questa tecnologia permette di evitare l’uso di costosi catalizzatori a base di metalli nobili, optando invece per alternative più economiche come il molibdeno. Inoltre, presenta rischi operativi significativamente ridotti. Tuttavia, la stabilità degli elettrolizzatori AEM non è ancora del tutto soddisfacente, soprattutto quando si utilizzano catalizzatori (appunto) a base di ossido di molibdeno.
Stando al sito, la stabilità di questi catalizzatori risulta inferiore ai requisiti industriali in condizioni di densità di corrente superiore a 100 mA/cm2. E questo per via dell’adsorbimento di ioni idrossido sul biossido di molibdeno, che ne causa irrimediabilmente la degradazione.
Da qui l’obiettivo della ricerca coreana: sviluppare catalizzatori altrettanto efficaci ma più economici e durevoli, per rendere l’idrogeno verde una fonte energetica più accessibile.
Il nuovo catalizzatore per una produzione di idrogeno verde più efficiente
Stando a quanto dichiarato dai ricercatori, è stato sufficiente aggiungere una piccola quantità di rutenio (Ru) a una struttura a base di molibdeno (MoO2-Ni4Mo) per creare un catalizzatore capace di garantire agli elettrolizzatori AEM un funzionamento stabile per oltre 300 ore, con una densità di corrente di 1,0 A/cm².
“Una durata quattro volte superiore e un’attività più di sei volte superiore rispetto ai materiali commerciali esistenti“, sottolineano i ricercatori. Questo significa che la produzione di idrogeno può avvenire in modo più economico e con una maggiore efficienza, riducendo i costi operativi e aumentando la sostenibilità del processo.
Addirittura, se viene integrato con una cella solare tandem in perovskite-silicio, il catalizzatore raggiunge “una notevole efficienza solare-idrogeno del 22,8%, evidenziando la sua forte compatibilità con le fonti di energia rinnovabile“.
Inoltre, i test condotti in acqua salata hanno dimostrato che il catalizzatore mantiene alte prestazioni e stabilità, permettendo la produzione di idrogeno di alta qualità anche in acque non purificate, con un impatto positivo sul processo di dissalazione.
“Attualmente, la produzione di idrogeno verde richiede acqua purificata, ma l’utilizzo di acqua di mare potrebbe ridurre sostanzialmente i costi associati alla desalinizzazione. Abbiamo in programma di continuare la nostra ricerca in questo settore“, ha dichiarato il dottor Sun Hwa Park, ricercatore principale del KRISS.
