Il futuro dell’energia è quasi arrivato.

E un team di scienziati ha creato un nuovo aerogel che ha aumentato l’efficienza della conversione della luce in energia di idrogeno, producendo “fino a 70 volte più idrogeno” rispetto ai metodi rivali, secondo un recente studio pubblicato sulla rivista Materiali applicati & Interfacce.

E, dato abbastanza tempo, questo potrebbe diventare l’inizio di un nuovo mezzo per produrre combustibile a idrogeno su scala industriale. Questo significa veicoli a combustione di idrogeno, nuova propulsione di aerei e, forse, future reti elettriche.

Le nanoparticelle ‘drogate’ possono assorbire più luce solare

Nel caso ti sia sfuggito, gli aerogel sono così impressionanti che hanno stabilito il Guinness World Records più di una dozzina di volte, compresa la posizione onoraria di diventare uno dei solidi più leggeri del mondo. Gli aerogel basati su nanoparticelle possono essere utilizzati come fotocatalizzatori, che permettono o accelerano le reazioni chimiche (quando sono combinate con la luce del sole) per produrre prodotti estremamente utili nel mondo moderno, compreso l’idrogeno. Il materiale ottimale per i fotocatalizzatori è il biossido di titanio (TiO2), che è anche un semiconduttore. Ma ha un grave difetto: assorbe solo lo spettro UV della luce solare, che è solo il 5% della luminosità totale del sole. Per dimostrarsi efficienti e utili nelle industrie energetiche, i fotocatalizzatori devono sfruttare uno spettro più ampio di lunghezze d’onda.

Questo è l’obiettivo del professor Markus Niederberger e del suo team al laboratorio dell’ETH di Zurigo per i materiali multifunzionali. La dottoranda di Niederberger, Junggou Kwon, ha cercato modi nuovi e alternativi per ottimizzare l’efficienza degli aerogel forgiati da nanoparticelle di TiO2. Ha scoperto che “drogando” la nanoparticella TiO2 con l’azoto per garantire che gli atomi di ossigeno discreti nel materiale siano sostituiti da atomi di azoto, l’aerogel è reso capace di assorbire ancora di più le porzioni visibili dello spettro solare. Questo processo permette anche alla struttura porosa dell’aerogel di rimanere intatta.

Gli aerogel infusi di palladio possono generare 70 volte più idrogeno

All’inizio, Kwon ha prodotto l’aerogel usando nanoparticelle di TiO2 insieme a piccole quantità di palladio, un metallo nobile. Il palladio è utile perché gioca un ruolo critico nella produzione fotocatalitica di idrogeno. Ma Kwon ha poi abbassato l’aerogel in un reattore, dove è stato infuso con gas di ammoniaca, costringendo gli atomi di azoto a diventare incorporati nella struttura cristallina delle nanoparticelle di TiO2, secondo un post sul blog del sito web dell’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia, a Zurigo. Ma per verificare che un aerogel modificato in questo modo potesse effettivamente aumentare l’efficienza della reazione chimica desiderata (in particolare, convertire metanolo e acqua in idrogeno), Kwon ha costruito un reattore specializzato. Poi ha inserito vapore acqueo e metanolo nell’aerogel, e poi ha irradiato la miscela con un paio di luci LED.

Il risultato è stato una sostanza gassosa che si è diffusa attraverso i pori dell’aerogel, dove è stata convertita nell’idrogeno desiderato sulla superficie del TiO2 e nelle nanoparticelle di palladio. Mentre Kwon ha concluso l’esperimento dopo cinque giorni, la reazione è rimasta stabile durante tutto il test. “Il processo sarebbe stato probabilmente stabile più a lungo”, ha detto Niederberger nel post sul blog del Politecnico di Zurigo. “Soprattutto per quanto riguarda le applicazioni industriali, è importante che sia stabile il più a lungo possibile”. Soprattutto, l’aggiunta del metallo nobile palladio ha aumentato sostanzialmente l’efficienza di conservazione della reazione. In altre parole, combinando gli aerogel con il palladio si può generare fino a 70 volte più idrogeno di altri mezzi alternativi. Questo potrebbe essere l’inizio di un nuovo metodo più avanzato per produrre idrogeno su scala industriale, non solo come un modo per liberare le auto e i viaggi aerei dai combustibili fossili, ma anche per le reti elettriche più grandi.

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