La sfida globale della decarbonizzazione potrebbe ricevere un impulso decisivo grazie a una scoperta innovativa nel campo dell’idrogeno verde. Un team di ricercatori della Rice University ha sviluppato un catalizzatore rivoluzionario per elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM) che riduce drasticamente l’uso di iridio, uno dei metalli più costosi e rari al mondo, senza sacrificare le prestazioni industriali. La nuova tecnologia apre la strada a una produzione di idrogeno più sostenibile, economica e scalabile, rendendo concreto il sogno di un combustibile globale davvero rinnovabile.
Una nuova frontiera per la produzione di idrogeno
Gli elettrolizzatori PEM attuali dipendono fortemente dall’iridio, indispensabile per resistere alle condizioni acide necessarie a scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno. Tuttavia, l’iridio è estremamente raro e costoso, con un prezzo di circa 160 dollari al grammo e disponibilità globale limitata.
Haotian Wang, docente di ingegneria chimica e biomolecolare alla Rice University, sottolinea come senza una drastica riduzione del suo impiego, “la domanda prevista dagli elettrolizzatori da sola potrebbe superare il 75% della produzione mondiale annua, rendendo insostenibile la crescita dell’industria dell’idrogeno”.
In risposta a questa sfida, il team di Wang ha sviluppato un catalizzatore a ossido di rutenio stabilizzato con iridio (Ru6IrOₓ) che utilizza solo un sesto dell’iridio necessario nei sistemi tradizionali, garantendo prestazioni industriali per oltre 1.500 ore di funzionamento continuo. Questa scoperta rappresenta un passo fondamentale verso la produzione di idrogeno più accessibile e scalabile.
Il segreto è nell’architettura atomica
Il successo del catalizzatore deriva da un design atomico studiato con simulazioni teoriche avanzate e test sperimentali rigorosi. Gli atomi di iridio vengono inseriti strategicamente nella sottostruttura dell’ossido di rutenio, proteggendo gli atomi di rutenio superiori dalla dissoluzione sotto condizioni elettrochimiche estreme.
Thomas Senftle, docente associato alla Rice University, spiega: “Gli atomi di iridio nella sottostruttura rafforzano il reticolo dall’interno, garantendo stabilità a lungo termine”.
Il catalizzatore Ru6IrOₓ, con un rapporto rutenio-iridio di 6 a 1, ha mantenuto densità di corrente industriale di 2 ampere per centimetro quadrato per oltre 1.500 ore, con degrado minimo. I test reali condotti in un elettrolizzatore PEM da 25 centimetri quadrati gestito da De Nora Tech hanno confermato che la performance è comparabile a quella dei catalizzatori a base di iridio puro, pur utilizzando una frazione del metallo, dimostrando la validità della strategia di stabilizzazione dall’interno.
Implicazioni economiche e industriali
L’innovazione ha impatti significativi anche sul piano economico: l’adozione del catalizzatore Ru6IrOₓ potrebbe ridurre di oltre l’80% il costo del catalizzatore anodico, diminuendo la dipendenza dalle fluttuazioni del prezzo dell’iridio. La ricerca introduce inoltre un nuovo paradigma nella progettazione dei catalizzatori, basato sulla stabilizzazione interna del materiale piuttosto che sulla protezione superficiale.
Questa scoperta potrebbe accelerare la diffusione globale degli elettrolizzatori PEM, favorendo l’adozione dell’idrogeno come carburante rinnovabile su larga scala.
Come sottolinea Wang: “se possiamo rendere gli elettrolizzatori più economici, duraturi e meno dipendenti da materiali rari, l’idrogeno può diventare un combustibile veramente globale, aprendo nuove prospettive per la decarbonizzazione industriale e dei trasporti”.
