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Idrogeno economico
Nanoptek , una startup con sede a Maynard, MA, ha sviluppato un nuovo modo per produrre idrogeno dall'acqua utilizzando l'energia solare. La società afferma che il suo processo è abbastanza economico da competere con gli approcci più economici attualmente utilizzati, che eliminano l'idrogeno dal gas naturale, e ha l'ulteriore vantaggio di non rilasciare anidride carbonica.
Gas solari: Un trogolo parabolico può concentrare la luce solare sulla titania nanostrutturata, migliorando l'efficienza di un nuovo sistema per la generazione di idrogeno mediante la scissione dell'acqua.
Nanoptek, che ha sviluppato la nuova tecnologia in parte con le sovvenzioni della NASA e del Dipartimento dell'Energia (DOE), ha recentemente completato il suo primo round di capitale di rischio, raccogliendo 4,7 milioni di dollari che utilizzerà per installare il suo primo impianto pilota. La tecnologia utilizza il titanio, un materiale economico e abbondante, per catturare l'energia dalla luce solare. L'energia assorbita rilascia elettroni, che scindono l'acqua per produrre idrogeno. Altri ricercatori hanno usato la titania per dividere l'acqua in passato, ma i ricercatori di Nanoptek hanno trovato un modo per modificare la titania per assorbire più luce solare, il che rende il processo molto più economico ed efficiente, afferma John Guerra, fondatore e CEO dell'azienda.
I ricercatori sanno dagli anni '70 che il titanio può catalizzare reazioni che scindono l'acqua. Ma mentre il titanio è un buon materiale perché è economico e non si degrada in acqua, assorbe solo la luce ultravioletta, che rappresenta una piccola frazione dell'energia della luce solare. Altri ricercatori hanno cercato di aumentare la quantità di luce solare assorbita accoppiando il titanio con coloranti o droganti, ma i coloranti non sono così durevoli quanto il titanio e i droganti non hanno prodotto sistemi efficienti, afferma John Turner, che sviluppa tecnologie di generazione di idrogeno al Laboratorio Nazionale Energie Rinnovabili (NREL), a Golden, CO.
L'approccio di Nanoptek utilizza le intuizioni dell'industria dei semiconduttori per fare in modo che il titanio assorba più luce solare. Guerra afferma che i produttori di chip sanno da tempo che sforzare un materiale in modo che i suoi atomi siano leggermente premuti insieme o separati, altera le proprietà elettroniche del materiale. Ha scoperto che il deposito di un rivestimento di titanio su nanostrutture a forma di cupola provocava il distacco degli atomi. Quando si separano gli atomi, è necessaria meno energia per far uscire gli elettroni dall'orbita, dice. Ciò significa che puoi utilizzare la luce con un'energia inferiore, il che significa luce visibile anziché solo luce ultravioletta.
La tensione sugli atomi influenza anche il modo in cui gli elettroni si muovono attraverso il materiale. Troppo sforzo e gli elettroni tendono a essere riassorbiti dal materiale prima di dividere l'acqua. Guerra afferma che l'azienda ha dovuto trovare un equilibrio tra l'assorbimento di più luce solare e il consentire agli elettroni di uscire liberamente dal materiale. Nanoptek ha anche sviluppato modi più economici per produrre i materiali nanostrutturati. Inizialmente, l'azienda utilizzava processi di produzione di DVD, ma da allora è passata a un processo proprietario ancora più economico.
John Turner di NREL afferma che il processo di Nanoptek è molto, molto promettente. E Harriet Kung, il direttore ad interim dell'ufficio delle scienze energetiche di base del DOE, che ha finanziato il lavoro di Nanoptek, afferma che l'approccio del titanio teso è uno dei maggiori entusiasmanti progressi da quando il titanio è stato scoperto per la prima volta come un fotocatalizzatore negli anni '70.
Se funziona come previsto, la tecnologia potrebbe aiutare ad affrontare uno dei problemi fondamentali con l'utilizzo dell'idrogeno come combustibile. L'idrogeno è attraente perché è leggero e bruciandolo produce solo acqua. Ma oggi la maggior parte dell'idrogeno è prodotta dal gas naturale, un processo che rilascia notevoli quantità di anidride carbonica. L'altra opzione principale è l'elettrolisi. Ma anche se è alimentato da energia pulita, come l'elettricità del fotovoltaico, l'elettrolisi è inefficiente e costosa. Guerra afferma che l'uso della titania tesa e il processo di produzione poco costoso di Nanoptek rendono il processo abbastanza economico ed efficiente da competere con i processi che creano idrogeno dal gas naturale. Inoltre, afferma Guerra, la tecnologia Nanoptek può essere posizionata più vicino ai clienti rispetto ai processi su larga scala del gas naturale, il che potrebbe ridurre significativamente i costi di trasporto, contribuendo così a rendere la tecnologia attraente. E se in futuro le emissioni di carbonio saranno tassate o regolamentate, l'approccio carbon-free di Nanoptek è un altro vantaggio.
Turner afferma che oltre a produrre idrogeno per veicoli a celle a combustibile, il processo di Nanoptek, se è davvero efficiente ed economico, come sostiene la società, potrebbe essere importante anche per l'elettricità solare su larga scala. Se il solare sarà mai una fonte di energia dominante, sarà essenziale trovare modi per immagazzinare l'energia per l'uso notturno. E l'idrogeno, dice, potrebbe essere un buon modo per conservarlo.