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La fotosintesi artificiale fa un passo avanti
Uno sforzo di ricerca sostenuto dal governo degli Stati Uniti ha compiuto un passo importante verso l'imitazione della capacità di una pianta di convertire la luce solare e l'acqua in combustibile. Il problema è che i ricercatori non hanno abbastanza soldi per continuare lo sforzo.
Il Centro congiunto per la fotosintesi artificiale (JCAP), un programma di ricerca creato dall'amministrazione Obama nel 2010, coinvolge ricercatori di diversi laboratori accademici, guidati da un team del Caltech. Questi ricercatori hanno dimostrato un modo per prolungare la vita di un promettente tipo di elettrolizzatore solare, che utilizza la luce solare per dividere direttamente l'acqua per formare ossigeno e idrogeno. L'idrogeno prodotto potrebbe essere immagazzinato e utilizzato per generare elettricità di notte in centrali elettriche o veicoli a celle a combustibile.
JCAP è stata fondata nel 2010 come uno dei pochi hub del Dipartimento per l'innovazione energetica degli Stati Uniti, con una promessa di 122 milioni di dollari in cinque anni. Nathan Lewis, il direttore del centro, spera che gli ultimi progressi possano persuadere il Congresso a estendere i suoi finanziamenti. Ora siamo a buon punto e speriamo di continuare, dice.
È possibile produrre idrogeno indirettamente con l'energia solare, utilizzando i pannelli solari per alimentare un elettrolizzatore convenzionale. Ma questo è costoso: una quantità di carburante a idrogeno equivalente a un gallone di benzina costerebbe da $ 10 a $ 20. Un dispositivo in grado di utilizzare la luce solare per dividere l'acqua potrebbe ridurre notevolmente i costi; Lewis afferma che l'idrogeno risultante potrebbe costare da $ 2 a $ 4 per un importo equivalente a un gallone di benzina, anche se dice che è troppo presto per riporre molta fiducia in tali stime.
I ricercatori del JCAP hanno utilizzato due tecnologie commercialmente collaudate per creare il loro dispositivo: elettrolisi e celle solari al silicio o al tellururo di cadmio. Per ridurre i costi, hanno combinato elementi di entrambi in un unico dispositivo in modo da renderlo meno complesso e potenzialmente più efficiente. Gli elettrolizzatori hanno due elettrodi dotati di catalizzatori che riducono la quantità di energia necessaria per dividere l'acqua. Nel nuovo sistema, i ricercatori hanno aggiunto catalizzatori alle celle solari, consentendo loro di raddoppiare come elettrodi elettrolizzatori, riducendo il conteggio delle parti. Hanno anche ottimizzato i catalizzatori per lavorare con le celle solari.
Le soluzioni alcaline utilizzate nella maggior parte degli elettrolizzatori normalmente distruggono le celle solari in pochi secondi, ma i ricercatori hanno scoperto che un tipo di ossido di nichel può fungere da catalizzatore e anche proteggere le celle solari. Il catalizzatore aiuta a liberare gli atomi di ossigeno dalle molecole d'acqua e produce ossigeno gassoso, utilizzando l'energia delle celle solari. Nei test, il materiale ha permesso alle celle solari di durare per oltre 1.000 ore, non abbastanza per un dispositivo commerciale, ma un notevole miglioramento.
Il dispositivo agisce come uno dei due elettrodi in un elettrolizzatore. Per un dispositivo pratico, il catalizzatore a idrogeno deve essere migliorato. Esistono catalizzatori efficienti, ma in genere funzionano in ambienti acidi, non alcalini.