La produzione di idrogeno potrebbe cambiare radicalmente grazie a una scoperta che arriva dall’Università di Birmingham. Un gruppo di ricercatori ha sviluppato un nuovo catalizzatore a base di perovskite capace di separare l’acqua in idrogeno e ossigeno a temperature molto più basse rispetto alle tecnologie attuali. Parliamo di un salto enorme, il tipo di progresso che potrebbe rendere l’idrogeno pulito non solo più economico, ma anche più semplice da generare vicino a fabbriche, acciaierie, cementifici e impianti di energia rinnovabile. Il concetto di fondo è tanto elegante quanto pratico: sfruttare il calore di scarto industriale per alimentare la produzione di un combustibile che, quando viene bruciato, rilascia solo acqua e calore. Niente anidride carbonica, niente inquinanti fossili.

Oggi circa il 95% dell’idrogeno prodotto nel mondo dipende ancora dai combustibili fossili. I sistemi termochimici esistenti per la scissione dell’acqua richiedono temperature fra 700 e 1000 gradi per la fase di splitting, e addirittura fra 1300 e 1500 gradi per la rigenerazione del catalizzatore. Numeri che rendono tutto costoso e poco flessibile. Il team guidato dal professor Yulong Ding ha dimostrato che il loro catalizzatore a perovskite BNCF genera quantità significative di idrogeno già fra 150 e 500 gradi, con una rigenerazione possibile fra 700 e 1000 gradi. Circa 500 gradi in meno rispetto agli approcci tradizionali. I risultati sono stati pubblicati sull’International Journal of Hydrogen Energy.

Vantaggi economici rispetto all’idrogeno verde e blu

Oltre all’aspetto tecnico, c’è un dato che fa riflettere parecchio. Un’analisi economica preliminare condotta dai ricercatori suggerisce che la scissione termochimicadell’acqua con questo catalizzatore potrebbe costare meno sia dell’idrogeno verde (prodotto per elettrolisi) sia dell’idrogeno blu (ottenuto dal metano con cattura della CO2). Il vantaggio risulta particolarmente marcato nelle aree dove l’elettricità rinnovabile costa poco, come ad esempio l’Australia.

Ma la cosa davvero interessante la spiega lo stesso professor Ding: se l’idrogeno viene prodotto e utilizzato localmente, si eliminano i problemi legati a stoccaggio e trasporto. E quindi anche la necessità di infrastrutture costose. Questo è un punto chiave, perché uno dei freni storici alla diffusione dell’idrogeno come combustibile è sempre stato proprio il costo della logistica.

Come funziona il catalizzatore e perché è così promettente

Le perovskiti sono materiali con una struttura reticolare capace di assorbire ossigeno e facilitare la rottura dei composti che lo contengono. Il team di Birmingham si è concentrato su un gruppo specifico, le perovskiti BNCF, composte da bario, niobio, calcio e ferro. Elementi relativamente abbondanti, che non richiedono processi produttivi complessi e non contengono ingredienti tossici.

Fra i materiali testati, la versione chiamata BNCF100 ha ottenuto le prestazioni migliori. Ha mantenuto la capacità di produrre idrogeno per oltre 10 cicli produttivi consecutivi, e le analisi con diffrazione a raggi X hanno rivelato cambiamenti strutturali minimi. Tradotto: il materiale è stabile e duraturo.

L’Università di Birmingham sta ora lavorando alla commercializzazione della tecnologia nel Regno Unito e in Europa, in collaborazione con la University of Science and Technology di Pechino. È già stata depositata una domanda di brevetto per l’uso dei catalizzatori BNCF nella scissione dell’acqua a bassa temperatura, e si cercano partner industriali per portare avanti lo sviluppo. La strada verso un’economia dell’idrogeno davvero accessibile potrebbe essere appena diventata un po’ meno in salita.

L'articolo Idrogeno a basse temperature: il catalizzatore che può cambiare tutto proviene da Tecnoapple.

Sembra quasi un paradosso, eppure un gruppo di ingegneri della University of California Davis ha costruito un dispositivo capace di generare energia di notte sfruttando qualcosa che normalmente nessuno considera una risorsa: il freddo dello spazio profondo. Niente combustibile, niente pannelli solari, niente vento. Solo la differenza di temperatura tra il calore della Terra e il gelo cosmico che sta sopra le nostre teste. E funziona davvero.

Il cuore del sistema è un motore Stirling, una macchina termica che converte il calore in movimento meccanico. A differenza dei motori a combustione interna, che hanno bisogno di enormi differenze di temperatura per funzionare bene, lo Stirling se la cava anche con scarti termici piuttosto modesti. Jeremy Munday, professore di ingegneria elettrica e informatica a UC Davis e coautore dello studio pubblicato su Science Advances, ha spiegato il concetto con un esempio disarmante nella sua semplicità: basta la differenza tra una tazza di caffè caldo e l’aria circostante. Quando gli scarti di temperatura sono piccoli, questi motori diventano sorprendentemente efficienti. Dove altri tipi di propulsori non riuscirebbero nemmeno a partire, il motore Stirling lavora con una certa eleganza.

Come si collega un motore al freddo cosmico

In un’applicazione tradizionale, un lato del motore Stirling viene riscaldato (spesso bruciando qualcosa) mentre l’altro viene mantenuto freddo. La differenza di temperatura muove un pistone, che a sua volta genera energia meccanica. Se tutte le superfici sono alla stessa temperatura, non succede nulla. Fin qui, niente di rivoluzionario. La vera intuizione di Munday e del ricercatore Tristan Deppe è stata capovolgere la logica: invece di riscaldare un lato con del combustibile, hanno deciso di raffreddare l’altro collegandolo, in un certo senso, allo spazio.

E no, il dispositivo non tocca fisicamente lo spazio. Come ha chiarito Munday, basta che interagisca radiativamente con esso. In una notte limpida e fresca, il calore del corpo si irradia verso il cielo aperto, ed è per questo che la testa si raffredda prima di tutto il resto. Il team ha sfruttato lo stesso principio costruendo un pannello che funziona come un’antenna capace di irradiare calore verso l’alto. Il motore Stirling, nella sua configurazione essenzialmente composta da un pistone e un volano, è posizionato sopra questo pannello. Il terreno fornisce calore a un lato, il pannello disperde il calore dell’altro lato verso lo spazio. Il risultato è un flusso di energia meccanica che si genera senza bruciare nulla.

I risultati dei test notturni e le prospettive future

Dopo un anno intero di test condotti esclusivamente di notte, i ricercatori hanno registrato una produzione di almeno 400 milliwatt di potenza meccanica per metro quadrato. Non sono numeri che fanno girare una fabbrica, questo va detto chiaramente. Ma sono sufficienti per applicazioni concrete e utili. Nelle dimostrazioni, il dispositivo ha alimentato direttamente un piccolo ventilatore. È stato anche collegato a un motore elettrico in miniatura per produrre corrente elettrica. Il fatto che il sistema riesca a catturare quantità significative di energia dal cielo notturno apre scenari interessanti.

Munday ha precisato che la tecnologia dà il meglio di sé in aree con bassa umidità e cieli costantemente sereni, dove la radiazione termica verso lo spazio avviene con meno ostacoli. E le applicazioni pratiche? La ventilazione di serre e edifici residenziali senza ricorrere a fonti energetiche convenzionali rappresenta il primo obiettivo realistico. Niente bollette per far girare i ventilatori di una serra durante la notte, tanto per dire. La UC Davis ha già depositato un brevetto provvisorio legato all’invenzione. È ancora presto per parlare di rivoluzione energetica, ma l’idea di generare energia di notte dal freddo dello spazio ha quel tipo di eleganza scientifica che fa pensare: perché nessuno ci aveva pensato prima?

L'articolo Motore Stirling notturno: genera energia sfruttando il freddo dello spazio proviene da Tecnoapple.