Idrogeno verde: perché è così difficile produrlo
La produzione di idrogeno verde è uno dei grandi obiettivi tecnologici del XXI secolo. L’idea di usare direttamente l’acqua di mare è apparsa come opzione strategica per i Paesi con molte coste, dove l’accesso all’acqua dolce è irregolare.
Finora però i limiti tecnici ed economici hanno frenato questo approccio: servono molta energia, impianti complessi e, di solito, acqua purificata, che aumenta i costi.
Ora una ricerca guidata dall’Università di Sydney (Australia) propone un sistema che utilizza acqua di mare e luce per generare idrogeno senza bisogno di elettricità esterna né di acqua demineralizzata. Il cuore del sistema è un metallo liquido che costringe a ripensare diversi presupposti tradizionali in questo campo.
Come l’Australia ottiene idrogeno dall’acqua di mare con la luce solare
Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, descrive un metodo che utilizza galio liquido per estrarre idrogeno sia dall’acqua dolce sia dall’acqua di mare.
Questa proposta elimina diversi ostacoli storici della produzione di idrogeno verde, soprattutto l’elevato consumo energetico e la dipendenza da acqua purificata.
Il funzionamento è relativamente semplice: particelle di galio vengono sospese nell’acqua e, quando sono esposte alla luce solare o a una illuminazione artificiale, si attiva una reazione chimica sulla loro superficie. In questo processo il galio reagisce con l’acqua e libera molecole di idrogeno.
L’autore principale dello studio, Luis Campos, sottolinea che esiste ora un modo per ottenere idrogeno sostenibile utilizzando acqua di mare, facilmente accessibile, basandosi solo sulla luce per produrre idrogeno verde.
Il professor Kourosh Kalantar-Zadeh evidenzia che, per una prima prova di concetto, l’efficienza ottenuta è altamente competitiva. Il team ha raggiunto un’efficienza massima del 12,9% e sta lavorando per migliorarla in vista di una possibile applicazione commerciale.
Il ruolo del galio liquido nella produzione con acqua di mare
L’elemento chiave del sistema è il galio, un metallo con un punto di fusione molto basso. Anche se a temperatura ambiente può apparire solido, diventa liquido a temperature vicine a quella del corpo umano, caratteristica che ne facilita la manipolazione in condizioni relativamente semplici.
Quando il galio liquido entra in contatto con l’acqua di mare e riceve luce, la sua superficie, di solito poco reattiva, inizia a ossidarsi. In questa reazione si forma galio ossiidrossido e si liberano molecole di idrogeno.
Il processo non richiede catalizzatori costosi né sistemi elettrici complessi, a differenza dell’elettrolisi convenzionale. Uno degli aspetti più rilevanti è che il sistema non ha bisogno di acqua purificata: la possibilità di lavorare direttamente con acqua di mare riduce i costi e semplifica le infrastrutture.
In Paesi con migliaia di chilometri di costa, un approccio di questo tipo potrebbe avere implicazioni strategiche se riuscisse a essere scalato a livello industriale.
Lo stesso Kalantar-Zadeh sottolinea che il galio non era stato esplorato prima come mezzo per produrre idrogeno ad alti tassi di produzione a contatto con l’acqua; si tratta, secondo il team, di un’osservazione semplice che era stata ignorata.
Questa ricerca mette in evidenza il potenziale chimico dei metalli liquidi nelle applicazioni energetiche.
Un processo circolare che riutilizza il metallo
Oltre a sfruttare l’acqua di mare come risorsa abbondante, il metodo introduce un approccio circolare. Dopo la reazione iniziale, il galio trasformato in galio ossiidrossido può essere riconvertito in galio metallico e riutilizzato per nuove estrazioni di idrogeno.
Questo dettaglio è importante sia dal punto di vista economico sia ambientale: riciclare il metallo all’interno del sistema riduce la necessità di continua sostituzione dei materiali. Il gruppo di ricerca definisce questo modello come processo circolare, perché l’elemento centrale non viene consumato in modo definitivo.
La ricerca prevede anche la costruzione di un reattore di scala intermedia per verificare il rendimento in condizioni reali. Finora i test sono stati condotti in laboratorio, dove è stata dimostrata la fattibilità chimica del modello.
Idrogeno verde: a quali sfide deve ancora rispondere
L’idrogeno è considerato un’alternativa energetica per i settori in cui l’elettrificazione diretta è complessa, come il trasporto pesante, parte dell’industria e alcune attività agricole. Quando viene prodotto a partire da fonti rinnovabili, si parla di idrogeno verde.
Tradizionalmente lo si ottiene separando le molecole d’acqua tramite elettrolisi, fotocatalisi o plasma. Questi sistemi richiedono un grande apporto di energia e, spesso, acqua purificata, con un conseguente aumento del costo finale.
L’uso diretto di acqua di mare ha posto finora molti problemi a causa della presenza di sali e di altri composti che interferiscono con i processi convenzionali.
La proposta sviluppata in Australia cerca di aggirare questi limiti eliminando l’elettricità esterna e sfruttando solo la luce. Secondo i ricercatori, l’efficienza iniziale del 12,9% è competitiva per una fase così precoce di sviluppo.
Vale la pena ricordare che, come riferimento storico, le prime celle solari al silicio avevano rendimenti molto inferiori e hanno richiesto decenni per superare determinate soglie di efficienza.
Il passo successivo per il team è migliorare l’efficienza e avanzare verso applicazioni pratiche. Se il sistema riuscirà a essere scalato, potrebbe rappresentare una via aggiuntiva per produrre idrogeno verde dall’acqua di mare in aree con alta disponibilità di luce solare.
L’evoluzione di questa linea di ricerca chiarirà se il galio liquido potrà consolidarsi come alternativa in un mercato che sta cercando soluzioni energetiche realizzabili, sostenibili e adattabili a diverse parti del mondo.
