I combustibili a base di idrogeno sono una delle fonti più promettenti di energia pulita. Ma produrre idrogeno puro è un processo ad alta intensità energetica che spesso richiede carbone o gas naturale e grandi quantità di elettricità. Lo studio “Sub-volt conversion of activated biochar and water for H2 production near equilibrium via biochar-assisted water electrolysis”, pubblicato su Cell Reports Physical Science da un team multidisciplinare di ricercatori statuinitensi e indiani, illustra un nuovo metodo per produrre gas idrogeno dall'acqua utilizzando solo energia solare e rifiuti agricoli, come letame o bucce.
Gli ingegneri dell'Università dell'Illinois -Chicago (UIC) che hanno guidato il team di ricerca spiegano che «Il metodo riduce del 600% l’energia necessaria per estrarre l’idrogeno dall’acqua, creando nuove opportunità per una produzione chimica sostenibile e rispettosa del clima».
Il team guidato dall’ingegnere dell’UIC Meenesh Singh,rivela che «Per ridurre la quantità di elettricità necessaria per convertire l’acqua in idrogeno Il metodo utilizza una sostanza ricca di carbonio chiamata biochar. Utilizzando fonti di energia rinnovabile come l’energia solare o eolica e catturando i sottoprodotti per altri usi, il processo può ridurre le emissioni di gas serra fino a zero».
Singh sottolinea che «Siamo il primo team a dimostrare che è possibile produrre idrogeno utilizzando la biomassa a una frazione di volt». .
L’elettrolisi, il processo di scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno, richiede una corrente elettrica. A livello industriale, per produrre questa elettricità sono generalmente necessari combustibili fossili. Recentemente, gli scienziati hanno ridotto il voltaggio richiesto per la scissione dell’acqua introducendo una fonte di carbonio nella reazione. Ma anche questo processo utilizza carbone o prodotti chimici costosi e rilascia anidride carbonica come sottoprodotto.
Singh e il suo team hanno modificato questo processo per utilizzare invece la biomassa proveniente dai comuni prodotti di scarto. Mescolando l'acido solforico con rifiuti agricoli, rifiuti animali o liquami, hanno creato il biochar, simile al liquame chiamata biochar, che è ricco di carbonio.
Il team ha sperimentato diversi tipi di biochar ricavati da bucce di canna da zucchero, scarti di canapa, scarti di carta e letame di mucca e dice che «Quando aggiunte alla camera di elettrolisi, tutte e cinque le varietà di biochar hanno ridotto la potenza necessaria per convertire l’acqua in idrogeno. Quella con il miglior rendimento, lo sterco di mucca, ha ridotto il fabbisogno elettrico di sei volte fino a circa un quinto di volt».
I requisiti energetici erano sufficientemente bassi da consentire ai ricercatori di alimentare la reazione con una cella solare in silicio standard che genera circa 15 milliampere di corrente a 0,5 volt: una quantità inferiore all’energia prodotta da una batteria AA.
Uno degli autori dello studio, Rohit Chauhan del laboratorio di Singh, sottolinea che «E’ molto efficiente, con una conversione di quasi il 35% del biochar e dell'energia solare in idrogeno. Questi sono numeri da record mondiale; è il più alto che qualcuno abbia mai dimostrato».
Per rendere il processo a zero emissioni, occorre catturare l’anidride carbonica generata dalla reazione, ma Singh fa notare che «Anche questo potrebbe avere benefici ambientali ed economici, come la produzione di anidride carbonica pura per carbonizzare le bevande o convertirla in etilene e altri prodotti chimici utilizzati nella produzione di plastica».
Il co-autore principale dello studio, Nishithan Kani, laureato dell’UIC, conclude: «Non solo diversifica l’utilizzo dei rifiuti organici, ma consente la produzione pulita di diverse sostanze chimiche oltre all’idrogeno. Questo modo economico di produrre idrogeno potrebbe consentire agli agricoltori di diventare autosostenibili per i loro bisogni energetici o creare nuovi flussi di entrate».
