Fonte:spectrum.ieee.org
I pannelli solari si stanno moltiplicando sui tetti e nei giardini di tutto il mondo mentre le comunità chiedono a gran voce elettricità rinnovabile. Ma gli ingegneri in Belgio affermano che i pannelli potrebbero fare di più che tenere le luci accese: potrebbero anche produrre gas idrogeno in loco, consentendo alle famiglie di riscaldare le loro case senza espandere le loro impronte di carbonio.
Una squadra aKatholieke Universiteit Leuven, o KU Lovanio,dice che si è sviluppatoun pannello solare che converte la luce solare direttamente in idrogeno utilizzando l'umidità dell'aria. Il prototipo prende il vapore acqueo e lo divide in molecole di idrogeno e ossigeno. Se si ridimensiona con successo, la tecnologia potrebbe aiutare ad affrontare una sfida importante per l'economia dell'idrogeno.
L'idrogeno, a differenza dei combustibili fossili, non produce emissioni di gas serra o inquinamento atmosferico se utilizzato in veicoli o edifici alimentati a celle a combustibile. Eppure quasi tutto l'idrogeno prodotto oggi è realizzato utilizzando unprocesso industrialeche coinvolge il gas naturale, e questo alla fine pompa più emissioni nell'atmosfera.
Un piccolo ma crescente numero di strutture sta producendo idrogeno "verde" utilizzando l'elettrolisi, che divide le molecole d'acqua usando l'elettricità, idealmente da fonti rinnovabili come il vento e il solare. Altri ricercatori, incluso il team in Belgio, stanno sviluppando le cosiddette tecnologie di scissione solare diretta dell'acqua. Questi utilizzano componenti chimici e biologici per dividere l'acqua direttamente sul pannello solare, rinunciando alla necessità di grandi e costosi impianti di elettrolisi.
"Trovare un modo per creare idrogeno in un modo più semplice o più efficiente è forse una ricerca del Santo Graal", affermaJim Fenton, che dirige ilFlorida Solar Energy Centerpresso l'Università della Florida centrale.
KU Leuvensi trova in un campus erboso nelle Fiandre, la regione settentrionale del Belgio di lingua olandese. All'inizio di questo mese, professoreJohan Martense la sua squadra alCentro per la chimica delle superfici e la catalisihanno annunciato che il loro prototipo potrebbe produrre in media 250 litri di idrogeno al giorno per un anno intero, un record mondiale. Una famiglia che vive in una casa belga ben isolata potrebbe utilizzare circa 20 di questi pannelli per soddisfare il proprio fabbisogno energetico e di riscaldamento durante un intero anno, secondo loro.
Il pannello solare misura 1,65 metri di lunghezza, all'incirca l'altezza di un frigorifero da cucina, o questo giornalista, e ha una potenza nominale di circa 210 watt. Il sistema può convertire il 15 percento dell'energia solare che riceve in idrogeno, afferma il team. Questo è un salto significativo rispetto allo 0,1 percento di efficienza che hanno raggiunto per la prima volta 10 anni fa. (Separatamente, ricercatori internazionali l'anno scorsohanno detto che hanno raggiunto19% di efficienza nella produzione di idrogeno dalla scissione solare diretta dell'acqua.)
Tuttavia, il laboratorio di Martens era a denti stretti sulla sua tecnologia.Tom Bosserez, un ricercatore post-dottorato, ha rifiutato di rivelare eventuali dettagli, citando problemi di proprietà intellettuale. Dice solo che il laboratorio è specializzato in "catalizzatori, membrane e adsorbenti".
"Utilizzando la nostra esperienza in questo settore, siamo stati in grado di sviluppare un sistema molto efficiente nel prendere l'acqua dall'aria e dividerla in idrogeno utilizzando l'energia solare", ha scritto Bosserez in una e-mail. Alla domanda su alcune delle sfide ingegneristiche che hanno dovuto affrontare durante un decennio di sviluppo, afferma: "La parte più difficile è far uscire l'acqua dall'aria".
I documenti accademici offrono indizi sparsi sulla tecnologia, sebbene Bosserez affermi che la loro ricerca "va oltre ciò che pubblichiamo". Negli ultimi anni, gli ingegneri hanno studiato l'efficacia di una varietà di materiali, inclusi porosi, multi-giunzionecelle solari al siliciocon “dimensioni dei pori su scala micrometrica”;catalizzatori a film sottilea base di ossido di manganese (III); e un poli (vinil alcol)membrana a scambio anionicoche coinvolge una soluzione di idrossido di potassio e catalizzatori a base di nichel.
Martens afferma generalmente che il suo team utilizza "materie prime economiche" al posto di metalli preziosi e altri componenti costosi. "Volevamo progettare qualcosa di sostenibile che fosse conveniente e che potesse essere utilizzato praticamente ovunque",ha detto a VRT, una rete di radiodiffusione pubblica in Belgio.
I ricercatori hanno in programma di testare sul campo il loro prototipo in una casa nella cittadina rurale di Oud-Heverlee. L'idrogeno sarebbe immagazzinato in un piccolo recipiente a pressione sotterraneo durante i mesi estivi, quindi pompato in tutta la casa durante l'inverno. Se tutto va secondo i piani, Martens afferma che il team potrebbe installare 20 pannelli in casa o costruire un sistema di vicinato più ampio per consentire ad altre famiglie di utilizzare l'idrogeno "verde".
Fenton, del Florida Solar Energy Center, afferma che è troppo presto per determinare se o quando i pannelli solari che producono idrogeno potrebbero diventare economicamente sostenibili. La tecnologia è ancora nella primissima fase di sviluppo e, in particolare negli Stati Uniti, i combustibili per riscaldamento esistenti come il gas naturale sono relativamente economici. Tuttavia, poiché i paesi lavorano per affrontare il cambiamento climatico e poiché sempre più comunità installano infrastrutture locali per l'energia rinnovabile come il solare sul tetto, vede un ruolo potenziale per questi sistemi a idrogeno.
"Se l'applicazione funziona, potrebbe prestarsi molto bene alla generazione di idrogeno che potrei immagazzinare e utilizzare per il riscaldamento della mia casa, per cucinare, magari eseguirlo nella mia auto a celle a combustibile", afferma Fenton. “Sono questi tipi futuristici di opportunità. Ma è ancora qualcosa per cui dobbiamo prepararci".
