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La nuova cella elettrolitica è stata realizzata da un gruppo di ricercatori del Cnr in collaborazione con l’ETH di Zurigo

Il rutenio apre il rubinetto dell'idrogeno verde dall'acqua




Complesso molecolare di rutenio
che promuove l’evoluzione di idrogeno (credit: cnr.it)
01.04.22 - Partendo da un complesso organometallico di rutenio è stata  realizzata una cella elettrolitica per la produzione di idrogeno verde dall’acqua. L'esperimento è stato condotto da un gruppo di ricercatori dell’Istituto di chimica dei composti organometallici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iccom) in collaborazione con l’ETH (Politecnico federale) di Zurigo. Le ricadute della ricerca riguardano sia la chimica fondamentale sia l'apertura di nuove prospettive per la produzione sostenibile di idrogeno. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Chemical Science.
 
L’apparato realizzato su piccola scala di laboratorio produce 28 litri di H2 (idrogeno) per grammo di rutenio al minuto. In sette giorni di attività non si registrano fenomeni di degradazione del catalizzatore. Al momento l’efficienza non è paragonabile ad un sistema commerciale, ma rappresenta una proof of concept ("prova di concetto") per una nuova classe di elettrolizzatori.

Attualmente il 95% dell’idrogeno è ottenuto da processi che impiegano fonti fossili. Solo il 5% proviene da fonti rinnovabili. Il paradigma per la generazione di idrogeno verde è l’accoppiamento della generazione di energia elettrica rinnovabile con l’elettrolisi dell’acqua ossia il processo elettrolitico nel quale il passaggio di corrente elettrica causa la scomposizione dell'acqua in ossigeno ed idrogeno gassoso.

Tuttavia, l’elettrolisi dell’acqua presenta importanti ostacoli. In particolare, le tecnologie degli elettrolizzatori più performanti impiegano quantità ingenti di platino e di iridio, entrambi presenti nella lista dei Critical Raw Materials (CRM), ovvero materiali a rischio di approvvigionamento.

Sulla base dell’attuale catena di approvvigionamento i metalli del gruppo del platino limiterebbero la produzione di elettrolizzatori a membrana polimerica a circa 6-7 GW anno, contro i 100 GW annui previsti dalle roadmap di decarbonizzazione al 2030. La ricerca è quindi orientata ad eliminare tali materiali o a ridurre la quantità impiegata, aumentando la durabilità e la riduzione dei costi dei dispositivi.

«Nel nostro esperimento il contenuto metallico dell’elettrodo catodico è meno della metà rispetto al platino presente negli elettrolizzatori più performanti noti nello stato dell’arte. Ogni singolo atomo è coinvolto nella reazione di evoluzione di idrogeno, a differenza di quanto avviene con le nanoparticelle nelle quali solo gli atomi della superficie, e non tutti, partecipano alla reazione. Questo si traduce in un carico metallico più basso a parità di idrogeno prodotto», spiega Francesco Vizza del Cnr-Iccom e coordinatore dello studio. Conclude Vizza: «Il meccanismo di evoluzione di idrogeno proposto sarà utile alla comunità scientifica per la progettazione di catalizzatori su scala atomica e dispositivi elettrocatalitici migliorati. Il passo successivo sarà lo studio dei complessi molecolari stabilizzati da metalli non costosi e largamente disponibili in natura». Il progetto che ha permesso di ottenere questo risultato è stato finanziato dal MIUR con fondi FISR-2019. (Red.)

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www.cnr.it
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/sc/d1sc07234j



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