Un nuovo modo per generare combustibile a idrogeno dall’acqua di mare

La scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno rappresenta un’alternativa ai combustibili fossili, ma l’acqua purificata è una risorsa preziosa. Un team guidato da Stanford ha ora sviluppato un modo per sfruttare l’acqua di mare – la fonte più abbondante della Terra – per produrre energia chimica.

I ricercatori di Stanford hanno ideato un modo per generare combustibile a idrogeno utilizzando l'energia solare, gli elettrodi e l'acqua salata della Baia di San Francisco.

Hongjie Dai e il suo laboratorio di ricerca presso l'Università di Stanford hanno sviluppato un prototipo in grado di generare idrogeno dall'acqua di mare. (Credito immagine: per gentile concessione di H. Dai, Yun Kuang, Michael Kenney)

I risultati, pubblicati il ​​18 marzo in Proceedings of the National Academy of Sciences, dimostrano un nuovo modo di separare l’idrogeno e l’ossigeno gassoso dall’acqua di mare tramite l’elettricità. I metodi esistenti per la scissione dell’acqua si basano su acqua altamente purificata, che è una risorsa preziosa e costosa da produrre.

Teoricamente, per alimentare città e automobili, "è necessario così tanto idrogeno che non è concepibile utilizzare acqua purificata", hanno affermato Hongjie Dai, JG Jackson e CJ Wood, professore di chimica alla School of Humanities and Sciences di Stanford e co-autore senior dello studio. carta. “In California abbiamo a malapena abbastanza acqua per i nostri bisogni attuali”.

L’idrogeno è un’opzione interessante come carburante perché non emette anidride carbonica, ha detto Dai. La combustione dell’idrogeno produce solo acqua e dovrebbe alleviare il peggioramento dei problemi legati al cambiamento climatico.

Dai ha detto che il suo laboratorio ha mostrato una prova di concetto con una demo, ma i ricercatori lasceranno ai produttori il compito di ridimensionare e produrre in serie il progetto.

Come concetto, dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno con l’elettricità – chiamata elettrolisi – è un’idea semplice e vecchia: una fonte di energia si collega a due elettrodi posti nell’acqua. Quando si accende l’alimentazione, l’idrogeno gassoso fuoriesce dall’estremità negativa – chiamata catodo – e l’ossigeno respirabile emerge dall’estremità positiva – l’anodo.

Ma il cloruro caricato negativamente nel sale dell'acqua di mare può corrodere l'estremità positiva, limitando la durata del sistema. Dai e il suo team volevano trovare un modo per impedire ai componenti dell'acqua di mare di distruggere gli anodi sommersi.

I ricercatori hanno scoperto che se ricoprivano l’anodo con strati ricchi di cariche negative, gli strati respingevano il cloruro e rallentavano il decadimento del metallo sottostante.

Hanno stratificato idrossido di nichel-ferro sopra il solfuro di nichel, che copre un nucleo di schiuma di nichel. La schiuma di nichel funge da conduttore – trasportando l’elettricità dalla fonte di alimentazione – e l’idrossido di nichel-ferro innesca l’elettrolisi, separando l’acqua in ossigeno e idrogeno. Durante l'elettrolisi, il solfuro di nichel evolve in uno strato caricato negativamente che protegge l'anodo. Proprio come le estremità negative di due magneti premono l'una contro l'altra, lo strato caricato negativamente respinge il cloruro e gli impedisce di raggiungere il nucleo metallico.

Senza il rivestimento caricato negativamente, l’anodo funziona solo per circa 12 ore in acqua di mare, secondo Michael Kenney, uno studente laureato del laboratorio Dai e co-autore principale dell’articolo. "L'intero elettrodo cade a pezzi", ha detto Kenney. "Ma con questo strato, è in grado di durare più di mille ore."

Precedenti studi che tentavano di separare l’acqua di mare per ottenere combustibile a idrogeno avevano utilizzato basse quantità di corrente elettrica, perché la corrosione si verifica a correnti più elevate. Ma Dai, Kenney e i loro colleghi sono riusciti a condurre fino a 10 volte più elettricità attraverso il loro dispositivo multistrato, che aiuta a generare idrogeno dall’acqua di mare a un ritmo più veloce.

“Penso che abbiamo stabilito un record sulla corrente per dividere l’acqua di mare”, ha detto Dai.

I membri del team hanno condotto la maggior parte dei test in condizioni di laboratorio controllate, dove potevano regolare la quantità di elettricità in ingresso nel sistema. Ma hanno anche progettato una macchina dimostrativa ad energia solare che produce idrogeno e ossigeno dall’acqua di mare raccolta dalla Baia di San Francisco.

E senza il rischio di corrosione dovuta ai sali, il dispositivo corrisponde alle tecnologie attuali che utilizzano acqua purificata. "La cosa impressionante di questo studio è che siamo stati in grado di operare con correnti elettriche identiche a quelle utilizzate oggi nell'industria", ha affermato Kenney.