Il catalizzatore potrebbe migliorare la produzione di idrogeno dall'acqua di mare / Catalyst could improve hydrogen production from seawater
Il catalizzatore potrebbe migliorare la produzione di idrogeno dall'acqua di mare / Catalyst could improve hydrogen production from seawater
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa /
I ricercatori dell'Università di Sharjah negli Emirati Arabi Uniti hanno sviluppato un catalizzatore per la produzione di idrogeno dall'acqua di mare che potrebbe ridurre il fabbisogno energetico e migliorare la resistenza alla corrosione.
Il materiale combina idrossido di nichel, ossido di cerio e fosfato, migliorando l'efficienza e la durata dell'elettrolisi dell'acqua di mare, un processo che utilizza l'elettricità per scindere l'acqua in idrogeno ed ossigeno. Il lavoro è descritto in dettaglio sulla rivista Chemical Communications.
L'utilizzo diretto dell'acqua di mare potrebbe ridurre la necessità di approvvigionamento di acqua dolce e di processi di purificazione ad alta intensità energetica, ma la sua elevata concentrazione di ioni cloruro può corrodere i catalizzatori ed interferire con le reazioni necessarie per produrre idrogeno.
"Invece di produrre ossigeno in modo pulito, la reazione può produrre cloro tossico e sottoprodotti correlati", ha affermato il coautore Dr. Tanveer Ul Haq, professore assistente di chimica all'Università di Sharjah. "Quindi, la sfida non è solo 'possiamo scindere l'acqua di mare?', ma 'possiamo farlo in modo selettivo e duraturo, senza che il sale danneggi il catalizzatore od interferisca con la reazione?'"
Secondo lo studio, la combinazione dei tre materiali ha ridotto l'energia necessaria per innescare la reazione e ne ha migliorato la selettività, mentre il catalizzatore ha anche mostrato una maggiore resistenza alla corrosione rispetto a formulazioni analoghe prive di ossido di cerio o fosfato.
"Durante uno stress test, ha funzionato ininterrottamente ad alta potenza per circa 80 ore in acqua di mare simulata senza guasti o perdite di prestazioni: un buon segno di durabilità pratica, non solo un risultato isolato di laboratorio", ha dichiarato il Dr. Ul Haq in un comunicato.
Il gruppo ha inoltre scoperto che il catalizzatore formava nanostrutture piramidali densamente impacchettate, fornendo una superficie attiva maggiore rispetto all'idrossido di nichel non modificato ed aumentando il numero di siti disponibili per la reazione elettrochimica.
Lo studio affronta un ostacolo tecnico alla produzione di idrogeno utilizzando acqua di mare anziché acqua purificata, sebbene gli autori affermino che la tecnologia non abbia ancora raggiunto la fase di commercializzazione.
"Questo tipo di ricerca contribuisce a superare uno degli ostacoli pratici che si frappongono tra l'idea che 'l'idrogeno verde sia un'ottima soluzione in teoria' e la realtà che 'l'idrogeno verde sia qualcosa che possiamo effettivamente produrre su larga scala, ovunque ed a basso costo'", ha affermato il Dott. Ul Haq. "Non si tratta ancora di un prodotto commerciale finito, ma è un passo concreto e ben documentato in quella direzione."
L'idrogeno viene studiato come mezzo per ridurre le emissioni in settori industriali in cui l'elettrificazione diretta può risultare difficile, come la siderurgia, il trasporto marittimo ed il trasporto pesante su strada, ma la maggior parte della produzione odierna si basa sui combustibili fossili, mentre le alternative a basse emissioni di carbonio possono richiedere l'accesso ad acqua pulita ed elettricità rinnovabile.
"Se catalizzatori come questo potessero funzionare in modo affidabile con acqua di mare non trattata o trattata solo leggermente, anziché con acqua purificata, si eliminerebbero un costo ed un onere infrastrutturale considerevoli per la produzione di idrogeno verde, senza la necessità di costosi processi di desalinizzazione o purificazione dell'acqua per alimentare un elettrolizzatore", ha affermato il Dott. Ul Haq. "Questo è particolarmente vantaggioso per gli impianti industriali costieri, le nazioni insulari o qualsiasi regione vicina all'oceano ma con scarsità di acqua dolce."
I ricercatori hanno affermato che il catalizzatore si basa su materiali relativamente abbondanti, a testimonianza dei più ampi sforzi volti a ridurre la dipendenza da metalli costosi come il platino e l'iridio.
ENGLISH
Researchers at the University of Sharjah in the United Arab Emirates have developed a catalyst for producing hydrogen from seawater that could reduce energy requirements and improve resistance to corrosion.
The material combines nickel hydroxide, cerium oxide and phosphate, improving the efficiency and durability of seawater electrolysis, a process that uses electricity to split water into hydrogen and oxygen. The work is detailed in Chemical Communications.
Using seawater directly could reduce the need for freshwater supplies and energy-intensive purification, but its high concentration of chloride ions can corrode catalysts and interfere with the reactions needed to produce hydrogen.
“Instead of producing oxygen cleanly, the reaction can produce toxic chlorine and related byproducts,” said co-author Dr. Tanveer Ul Haq, assistant professor of chemistry at the University of Sharjah. "So, the challenge isn't just ‘can we split seawater?’ It's ‘Can we do it selectively and durably, without the salt wrecking the catalyst or hijacking the reaction?’"
According to the study, combining the three materials reduced the energy required to drive the reaction and improved its selectivity, while the catalyst also showed greater resistance to corrosion than comparable formulations lacking either cerium oxide or phosphate.
“In a stress test, it ran continuously at high output for about 80 hours in simulated seawater without breaking down or losing performance - a good sign of practical durability, not just a one-off lab result,” Dr. Ul Haq said in a statement.
The team also found that the catalyst formed densely packed, pyramid-shaped nanostructures, providing a larger active surface area than unmodified nickel hydroxide and increasing the number of sites available for the electrochemical reaction.
The work addresses a technical barrier to producing hydrogen using seawater rather than purified water, although the authors said the technology has not yet reached the stage of a commercial product.
“This kind of research chips away at one of the practical bottlenecks standing between ‘green hydrogen is theoretically great’ and ‘green hydrogen is something we can actually build at scale, everywhere, cheaply,’" said Dr. Ul Haq. “It's not a finished commercial product yet, but it's a solid, well-documented step in that direction.”
Hydrogen is being explored as a means of reducing emissions in industries where direct electrification can be difficult, including steelmaking, shipping and heavy road transport, but most production today relies on fossil fuels while lower-carbon alternatives can require access to clean water and renewable electricity.
“If catalysts like this one can reliably run on untreated or lightly treated seawater rather than purified water, it would remove a major cost and infrastructure burden from green hydrogen production, with no need for expensive desalination or water purification just to feed an electrolyzer,” said Dr Ul Haq. “That's especially valuable for coastal industrial facilities, island nations, or any region near the ocean but short on fresh water.”
The researchers said the catalyst is based on relatively abundant materials, reflecting wider efforts to reduce dependence on expensive metals such as platinum and iridium.
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