Per ottenere l’idrogeno verde oggi si usano dei sistemi chiamati “fotoelettrochimici” (photoelectrochemical, PEC), ovvero che adottano l’energia solare o altre energie rinnovabili. Ma la maggior parte di loro, proposti finora, si sono rivelati inefficienti, instabili o difficili da implementare su larga scala.
Tranne quello proposto dall’Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), che hanno recentemente deciso di sviluppare un sistema fotoelettrochimico scalabile ed efficiente per produrre idrogeno verde.
Idrogeno verde, dall’UNIST l’innovativo sistema a celle PEC
Pubblicato su Nature Energy, il loro sistema proposto si basa su un innovativo fotoanodo a base di perovskite con triioduro di piombo formamidinio (FAPbI 3 ), incapsulato da un elettrocatalizzatore a foglio di Ni/NiFeOOH. Un film sottile MHP, protetto utilizzando un foglio di nichel metallico come strato di incapsulamento e NiFeOOH come strato catalizzatore su di esso
In termini più comprensibili, un sistema che permette di poter scindere l’idrogeno dall’ossigeno contenuto nell’H20 dell’acqua in maniera più efficiente rispetto alle tecniche odierne.
Finora, infatti, la maggior parte dei tentativi di realizzare la produzione fotoelettrochimica di idrogeno hanno utilizzato ossidi metallici intrinsecamente stabili. Un esempio sono i materiali fotoelettrodici delle celle PEC. Oltre a ciò, questi materiali hanno prodotto efficienze molto inferiori a quelle necessarie per la loro applicazione pratica.
Anche nel rischio di upscaling, e quindi di riduzione dell’efficienza, sorprendentemente Lee e i suoi colleghi hanno scoperto che l’upscaling del loro sistema ha comportato solo una minima perdita di efficienza. Inoltre, il sistema potenziato ha mantenuto la sua stabilità a lungo termine, suggerendo che il loro design è altamente scalabile.
Come rendere un sistema efficiente e green
Esplorando il potenziale dei fotoelettrodi basati su materiali di qualità fotovoltaica (metal-halide perovskites, MHP), come silicio, perovskiti, calcogenuri e classi di materiali III-V, i ricercatori hanno evidenziato che, anche se efficienti, a volte possono essere costosi e instabili, soprattutto se immessi in acqua.
Per ideare fotoelettrodi efficaci basati sugli MHP, bisogna inoltre mantenere la loro stabilità in condizioni umide e sotto la luce UV. I ricercatori hanno cercato di stabilizzarli utilizzando tecniche di incapsulamento o protezione dei metalli e adottando la perovskite FAPbI 3 stabile ai raggi UV .
E con una versione su piccola scala del sistema proposto, basata su un fotoelettrodo di dimensioni inferiori a 1 cm 2, ai test iniziali ha raggiunto un’efficienza STH del 9,89% e una stabilità a lungo termine.
Il mini-modulo dei ricercatori è costituito essenzialmente da un fotoelettrodo e da una cella unitaria fotovoltaica, disposti in una matrice 4 x 4. Questo design unico riduce la complessità del sistema e ne abbassa i costi di fabbricazione. Lee e i suoi colleghi hanno dimostrato che il loro sistema mantiene buone prestazioni anche se utilizzato su scala più ampia.
Ora in programma c’è il fatto di migliorare ulteriormente l’efficienza e la stabilità del sistema PEC integrando fotoelettrodi e selezionando catalizzatori più efficienti e durevoli.
Se vuoi saperne di più su questo sistema, ti suggeriamo la lettura del paper ufficiale pubblicato su Nature Energy:
- Dharmesh Hansora et al, All-perovskite-based unassisted photoelectrochemical water splitting system for efficient, stable and scalable solar hydrogen production, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-023-01438-x
