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Foglie artificiali: come produrre idrogeno con la luce solare e gli ossidi metallici?
Dato che la dipendenza mondiale dai combustibili fossili tradizionali sta gradualmente diminuendo, la ricerca di energie rinnovabili è diventata l'obiettivo attuale. La tecnologia di sintesi dell'idrogeno utilizzando l'energia solare e gli ossidi metallici mostra un grande potenziale e si prevede che diventerà il fulcro della rivoluzione dell'energia verde. Si prevede che questa tecnologia soddisferà le future esigenze energetiche nel rispetto dell'ambiente.
Il concetto di combustibile solare
I combustibili solari sono combustibili sintetici ottenuti utilizzando l'energia solare e le loro forme principali includono idrogeno, ammoniaca e idrazina. La produzione di questi combustibili può essere suddivisa in diverse tecnologie: fotochimica, fotobiologica ed elettrochimica. Tra queste, il metodo fotochimico è una delle tecnologie più promettenti in questa fase perché il suo unico sottoprodotto è l'acqua. Ciò rende l'idrogeno un'opzione energetica pulita e sicura.
"I combustibili solari possono essere prodotti quando splende il sole e immagazzinati e trasportati quando necessario."
In futuro, con lo sviluppo della tecnologia dell'idrogeno e di altri combustibili solari, i loro vantaggi in termini di trasporto e stoccaggio diventeranno sempre più evidenti. Ad esempio, l'ammoniaca ha una densità energetica 1,3 volte superiore a quella dell'idrogeno liquido, mentre l'idrazina è quasi il doppio, il che rende questi combustibili opzioni più interessanti.
Produzione fotoelettrochimica di idrogeno
Il processo fotoelettrochimico utilizza specifiche celle solari per elettrolizzare l'acqua. In questo processo, la luce solare viene convertita in corrente elettrica attraverso elettrodi sensibili alla luce; poi questa corrente elettrica viene utilizzata per decomporre l'acqua e produrre idrogeno e ossigeno. Sebbene i materiali attualmente ottenuti non siano ancora sufficientemente buoni per le applicazioni commerciali, gli scienziati continuano a esplorare modi per migliorare il processo.
"La costruzione semplice potrebbe comportare costi inferiori e una migliore efficienza di conversione energetica."
Inoltre, la tecnologia delle "foglie artificiali" nei processi fotochimici è ampiamente studiata. Combina catalizzatori di ossido metallico e celle solari a semiconduttore per generare idrogeno direttamente dalla luce solare. Questo approccio aprirebbe nuove possibilità per la produzione di idrogeno.
Applicazione della fotobiologia nella produzione di idrogeno
Il metodo fotobiologico utilizza microrganismi fotosintetici come alghe verdi e cianobatteri per produrre idrogeno in condizioni specifiche. Ad esempio, quando le alghe verdi vengono coltivate in un ambiente povero di zolfo, è possibile produrre idrogeno senza ossigeno. La fattibilità di questo processo continua ad attrarre scienziati che vogliono condurre ricerche approfondite.
"Se riusciremo a superare con successo il problema dell'inibizione dell'ossigeno nella produzione di idrogeno, sarà una svolta importante."
Mentre cercano di aumentare la produzione di idrogeno, gli scienziati stanno anche studiando come utilizzare tecniche di biologia sintetica per ottimizzare il processo e renderlo sostenibile per la produzione industriale.
Processo termochimico solare
Il processo termochimico solare sfrutta direttamente l'energia termica della luce solare per decomporre l'acqua. In questo processo, l'energia solare viene convogliata in un reattore ad alta temperatura mediante un fascio concentrato. Le tecnologie più promettenti includono un ciclo dell'ossido di cerio in due fasi, che realizza la reazione ad una temperatura elevata di 1400 °C, e un ciclo misto del cloruro di rame, che avviene a una temperatura più bassa di 500 °C.
"Sebbene la tecnologia sia ancora in fase sperimentale, i metodi termochimici solari potrebbero fornire una soluzione praticabile per la produzione di idrogeno in futuro."
Inoltre, la sua combinazione con il tradizionale processo di reforming dei combustibili fossili, consistente nella gassificazione del metano mediante energia solare, contribuirà a migliorare l'efficienza di questa tecnologia.
Tecnologia per ridurre l'anidride carbonica
Oltre alla produzione di idrogeno, i ricercatori stanno anche studiando come convertire l'anidride carbonica (CO2) in monossido di carbonio (CO) e altri composti. Questo processo prevede l'uso di fotocatalizzatori adatti e può essere realizzato in un ambiente alimentato dall'energia solare.
"Combinando celle fotovoltaiche e sistemi elettrochimici si può ottenere una conversione efficiente dell'anidride carbonica."
Questa tecnologia non solo contribuisce a ridurre le emissioni di gas serra, ma fornisce anche materie prime per la produzione di combustibili rinnovabili.
Prospettive future
Grazie ai continui progressi e allo sviluppo della tecnologia, si prevede che l'idrogeno e altri combustibili solari diventeranno una parte importante del sistema energetico globale in futuro. Molti esperti prevedono che nei futuri mercati energetici emergerà una nuova economia basata sull'ammoniaca, evidenziando il potenziale dell'ammoniaca verde per l'impiego nei trasporti, ad esempio nelle grandi navi.
"Se lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno potessero essere ulteriormente migliorati, in futuro potremmo non dipendere più dai combustibili fossili."
In che modo l'uso dell'energia solare e il cambiamento delle fonti energetiche influenzeranno la nostra vita quotidiana?
