Non tutto l’idrogeno prodotto è ecosostenibile tant’è che esso, in base al metodo produttivo, viene classificato e indicato con un colore differente, grigio, blu, rosa, verde, giallo: l’idrogeno grigio è ottenuto direttamente da combustibili fossili o da derivati dei combustibili fossili; l’idrogeno blu è prodotto in seguito alla cattura dell’anidride carbonica CO2; l’idrogeno verde è ottenuto mediante processi senza emissioni di CO2 attraverso la “elettrolisi da fonte energetica rinnovabile” o con emissioni basse di CO2 attraverso la “gassificazione e pirolisi di biomassa”; l’idrogeno rosa è idrogeno verde prodotto per elettrolisi, attraverso energia elettrica ottenuta dall’energia nucleare; l’idrogeno giallo, infine, è idrogeno verde prodotto con energia elettrica derivata dall’energia solare.
C’è, riguardo alla produzione dell’idrogeno giallo, uno studio recentissimo – Water structure in the first layers on TiO2[1]: a key factor for boosting solar-driven water-splitting performances – https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05042 – pubblicato il 23 giugno 2024 su Journal of the American Chemical Society (Journal of the American Chemical Society) dall’Istituto per i Processi Chimico-Fisici (IPFC) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Messina, in collaborazione con l’Università di Messina e l’Università di Zurigo, in cui sono stati coinvolti precisamente il Dipartimento di Scienze Matematiche e Computazionali, Scienze Fisiche e della Terra (Rosaria Verduci, Giovanna D’Angelo) e il Dipartimento di Scienze Chimiche, Biologiche, Farmaceutiche e Ambientali (Francesco Tavella, Salvatore Abate, Claudio Ampelli, Siglinda Perathoner, Gabriele Centi) dell’ Università degli Studi di Messina, l’Istituto per i Processi Chimico-Fisici/Consiglio Nazionale delle Ricerche di Messina (Giuseppe Cassone) e il Dipartimento di Chimica (Fabrizio Creazzo, Sandra Luber) dell’ Università degli Studi di Zurigo.
Da questo studio risulta che la struttura dell’acqua nei primi strati del foto-catalizzatore TiO2 (anatasio) è un fattore chiave per aumentare le prestazioni di scissione dell’acqua a energia solare. In realtà, è stato trovato che l’efficienza della produzione di idrogeno verde sia influenzata dai legami a idrogeno tra le molecole d’acqua che vengono scisse in idrogeno e ossigeno grazie alla luce solare: H2O –> H2 + 1/2O2. La produzione di idrogeno verde non dipende solo dalle caratteristiche del foto-catalizzatore, cioè del materiale semiconduttore usato, il biossido di titanio TiO2 , che viene esposto alla luce solare per attivare la reazione chimica di scissione dell’acqua, ma anche in modo efficiente dalla disposizione delle molecole d’acqua nei primi strati adiacenti alla sua superficie. Infatti, la rete acqua-idrogeno-legata risulta fortemente perturbata nei primi strati a contatto con la superficie del semiconduttore TiO2 anatasio. Ciò è conseguenza di come il drogaggio della superficie del semiconduttore influenzi il campo elettrico locale, determinando il livello di scissione dell’acqua derivante dalle topologie di legame idrogeno tra le molecole di acqua nei suoi primi strati. Queste prove ovviamente conducono a nuove prospettive per la progettazione di foto-catalizzatori efficienti per la scissione dell’acqua con “… un risultato innovativo perché per la prima volta si mette in luce l’importanza cruciale dell’acqua stessa nel processo, aprendo nuove strade per migliorare l’efficienza della produzione di idrogeno verde” come dice Rosaria Verduci del Dipartimento di Scienze Matematiche e Computazionali, Scienze Fisiche e della Terra dell’Università di Messina, che descrive i risultati della sua tesi di dottorato, ottenuti durante i tre anni di corso dottorale in Advanced Catalytic Processes for using Renewable Energy Sources (Processi catalitici avanzati per l’utilizzo di fonti di energia rinnovabile).
“Il lavoro offre quindi una comprensione più profonda e dettagliata dei processi di attivazione fotocatalitica e apre nuove prospettive nella progettazione di materiali fotocatalitici capaci di modellare in maniera vantaggiosa l’organizzazione dell’acqua a livello molecolare e quindi di ottenere una maggiore resa di idrogeno verde. Nello scenario europeo di un’economia globale a zero emissioni di carbonio entro il 2050, questi risultati sono fondamentali per lo sviluppo di sistemi fotocatalitici innovativi e più efficienti per la produzione di idrogeno che favoriscono la transizione verso un sistema energetico più pulito e rispettoso dell’ambiente”[2].
Francesco Giuliano
[1] Anatasio, che è costituito da cristalli bipiramidali, pseudoottaedrici
[2]https://www.unime.it/notizie/strutturare-lacqua-aumentare-la-fotoproduzione-di-idrogeno-verde-la-nuova-scoperta
News-24.it è una testata giornalistica indipendente che non riceve alcun finanziamento pubblico. Se ti piace il nostro lavoro e vuoi aiutarci nella nostra missione puoi offrici un caffè facendo una donazione, te ne saremo estremamente grati.
