Finora con il concetto di idrogeno verde o pulito ci si è sempre riferiti all’idrogeno prodotto attraverso il processo di elettrolisi e con energia proveniente da fonti rinnovabili, quindi solare, eolico.
Ma il settore della ricerca sta pensando concretamente a un modo alternativo e innovativo di produrre idrogeno verde, attraverso l’uso diretto dell’energia solare e in grado di provocare la scissione fotoelettrica dell’acqua.
È quanto è avvenuto con il progetto di ricerca congiunto Neo-PEC (l’acronimo PEC sta per photoelectrochemical cell) dove i ricercatori degli istituti Fraunhofer, in Germania, hanno unito le forze per sviluppare una soluzione modulare e flessibile che consente la produzione di idrogeno e alimentata da energia solare.
I reattori PEC impiegano materiali semiconduttori, simili a quelli utilizzati nel fotovoltaico, ma immersi costantemente in un elettrolita a base d’acqua, per convertire l’energia solare direttamente in energia chimica.
Mini reattore PEC
Primo frutto dello sforzo compiuto è un piccolo un mini reattore PEC ovvero un modulo tandem autosufficiente, affidabile e in grado di produrre il vettore direttamente dall’acqua tramite sola esposizione alla luce e quindi senza richiedere una fonte esterna di elettricità. Il modulo è stato ottenuto rivestendo una lastra di vetro, con una superficie attiva di mezzo metro quadrato, con materiali semiconduttori su entrambi i lati. Gli scienziati hanno studiato e sviluppato diversi materiali fotoelettrochimici e le migliori tecniche che permettessero di applicare sul vetro sottilissimi strati di semiconduttore.
“Quando la luce solare colpisce il vetro, un lato del modulo assorbe la luce a lunghezza d’onda corta. Allo stesso tempo, la luce a lunghezza d’onda lunga attraversa lo strato superiore del vetro e viene assorbita sul lato opposto. Il modulo rilascia idrogeno sul lato opposto o catodo e l’ossigeno sul lato superiore, che è il lato anodo”, si legge nel comunicato.
“Per quanto riguarda le dimensioni della cella tandem – afferma il dott. Arno Görne, del Fraunhofer IKTS – siamo limitati dal fatto che il nostro modulo divide l’acqua direttamente, ma è anche necessario che l’elettricità passi da un lato all’altro per raggiungere questo obiettivo. Man mano che l’area del modulo aumenta, la resistenza crescente ha un effetto sfavorevole sul sistema. Allo stato attuale delle cose, il formato esistente ha dimostrato di essere ottimale. È stabile, robusto e significativamente più grande di qualsiasi soluzione comparabile”.
Secondo le stime degli scienziati questo sistema può generare oltre 30 chilogrammi di idrogeno l’anno su 100 metri quadrati.
Pro e contro dei reattori PEC
In teoria la scissione fotoelettrochimica offre il potenziale per un’elevata efficienza di conversione a basse temperature operative utilizzando materiali a basso costo. Si tratta però ancora di una tecnologia “immatura” che deve migliorare l’assorbimento solare e ottenere una maggiore durata dei materiali. Al momento infatti alcune criticità sono ravvisabili nella stabilità a lungo termine dei fotocatalizzatori che vengono intaccati dall’effetto corrosivo dell’acqua e nei processi di rivestimento e fabbricazione.
