Catturare la luce del sole in un contenitore, portarla con te e usarla ore dopo, al buio, per produrre idrogeno pulito sembra fantascienza. È il risultato di una nuova ricerca che imita la fotosintesi in modo sorprendentemente semplice.
Un sistema liquido immagazzina luce solare e genera idrogeno senza alcun bisogno di elettricità, cavi o batterie.
Per la prima volta, scienziati hanno dimostrato che l’energia solare può essere immagazzinata in un liquido con materiali economici e comuni. Questa scoperta potrebbe cambiare il modo in cui trasportiamo e usiamo l’energia solare nel mondo intero.
Indice
Sistema liquido immagazzina luce solare e genera idrogeno in un minuto
Ricercatori hanno sviluppato un sistema liquido che cattura la luce solare e la immagazzina chimicamente per produrre idrogeno al buio, senza elettricità. Il processo utilizza nitruro di carbonio grafitico e metatungstato di ammonio in acqua con metanolo.
La luce genera elettroni che vengono trattenuti dal tungsteno, cambiando il colore della soluzione. Aggiungendo un catalizzatore di platino in assenza di luce, si libera idrogeno. Il sistema ha raggiunto record di efficienza: 3.220 micromoli di idrogeno per grammo all’ora al buio. Funziona anche con luce solare diretta.
Pur richiedendo ancora miglioramenti come l’uso di acqua pura e stabilità a lungo termine questa tecnologia potrebbe permettere di trasportare energia solare in forma liquida e convertirla in carburante su richiesta.
Come il sistema imita la fotosintesi naturale
Il cuore di questa innovazione è un processo in due fasi ispirato alla fotosintesi. Supera però i limiti delle piante naturali. Mentre le piante convertono la luce in energia chimica in tempo reale, questo sistema separa la cattura della luce dalla produzione di carburante.
La luce viene prima assorbita e conservata in un liquido che può poi essere immagazzinato e utilizzato in un secondo momento, anche al buio. Il sistema si basa su due componenti facilmente reperibili.
Il primo è il nitruro di carbonio grafitico, una polvere gialla che assorbe la luce blu e genera elettroni. Il secondo è il metatungstato di ammonio, un composto a base di tungsteno che agisce come un minuscolo serbatoio capace di trattenere più elettroni alla volta.
Il tutto avviene in acqua con l’aggiunta di una piccola quantità di metanolo che svolge un ruolo essenziale. Il metanolo cattura le cariche positive generate dalla luce, impedendo agli elettroni di annullarsi e permettendo loro di accumularsi nel liquido.
Il cambiamento di colore che rivela l’energia immagazzinata
Quando la luce colpisce la miscela, qualcosa di visibile accade nel liquido. Passa da giallo chiaro a un intenso blu scuro durante l’irradiazione. Questo cambiamento di colore è la prova che gli atomi di tungsteno stanno cambiando stato, passando da una carica positiva più alta a una più bassa, e che l’energia solare è stata immagazzinata sotto forma chimica nel liquido.
Due fattori rendono il trasferimento di elettroni molto efficiente. In ambiente acido, il nitruro di carbonio diventa positivo e i cluster di tungsteno negativi, attirandosi come due calamite opposte. Inoltre, i loro livelli energetici sono perfettamente allineati, così gli elettroni scorrono naturalmente senza bisogno di impulsi esterni.
La produzione di idrogeno quando la luce non c’è
La vera magia avviene quando la luce si spegne e il buio arriva. Il liquido carico viene semplicemente trasferito in un altro contenitore dove viene aggiunto un catalizzatore a base di platino su carbonio.
A quel punto, gli elettroni intrappolati si combinano con i protoni dell’acqua generando idrogeno gassoso. L’idrogeno è un carburante pulito che brucia senza emettere anidride carbonica nell’atmosfera.
I risultati sono molto impressionanti per la comunità scientifica. Dopo un’ora di esposizione alla luce, il sistema ha prodotto idrogeno per diverse ore al buio. La velocità di produzione ha raggiunto 3.220 micromoli per grammo all’ora.
Questo è il valore più alto mai registrato per un sistema fotocatalitico in assenza di luce. Funziona anche all’aperto sotto il sole naturale senza alcun collegamento elettrico a fonti esterne.
Applicazioni future e sfide da superare
Questa tecnologia apre scenari affascinanti per il futuro dell’energia rinnovabile. Potremmo raccogliere energia nei deserti soleggiati, caricarla in bidoni e trasportarla in regioni nuvolose o settentrionali per produrre idrogeno esattamente quando serve.
Il liquido agirebbe come una batteria trasportabile senza bisogno di cavi, reti o impianti complessi e costosi. La strada verso l’implementazione è ancora lunga. Il sistema attuale richiede metanolo e non funziona con acqua pura. La stabilità a lungo termine degli elettroni immagazzinati, oltre poche ore, non è ancora stata completamente dimostrata.
Se la ricerca riuscirà a superare questi ostacoli tecnici, potremmo finalmente avere un modo semplice, economico e scalabile per rendere l’energia solare disponibile ovunque, in qualsiasi momento della giornata o della notte.
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