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Serbatoi di idrogeno riciclabili
Una sfida nell'uso dell'idrogeno come carburante per i trasporti, oltre a trovare una fonte pulita ed economica del carburante stesso, è come immagazzinarlo in modo sicuro e reversibile senza occupare troppo spazio. L'idrogeno ha una bassa densità, quindi è necessario confinarlo sotto pressione, che presenta un rischio per la sicurezza, o chimicamente o in un materiale assorbente.
Nello stoccaggio chimico, l'idrogeno è legato alle molecole in un materiale solido come l'ammoniaca borano. Il vantaggio dello stoccaggio chimico è che questi materiali sono solidi inerti e l'idrogeno può essere facilmente rimosso per la reazione in una cella a combustibile. Ma i materiali in fase di sviluppo per lo stoccaggio chimico dell'idrogeno hanno un grosso limite: rifornirli una volta esauriti richiede una grande quantità di energia. Ora i ricercatori hanno sviluppato una serie di reazioni per il rifornimento del materiale ad alta densità di stoccaggio dell'idrogeno ammoniaca borano a temperature più basse attraverso un processo che consuma molta meno energia.
Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha fissato l'obiettivo di un'auto a celle a combustibile a idrogeno in grado di percorrere 300 miglia con un singolo serbatoio di carburante utilizzando lo stoccaggio di idrogeno chimico. Le auto sarebbero state portate in un centro per scambiare i serbatoi usati con quelli nuovi, con i serbatoi usati rigenerati in un impianto.
La capacità di un materiale di immagazzinare chimicamente idrogeno si misura come la percentuale del suo peso assorbita dall'elemento; per raggiungere i suoi obiettivi, il benchmark DOE per i materiali di stoccaggio dell'idrogeno è del 6% in peso entro il 2010 e del 9% entro il 2015. La buona notizia sull'ammoniaca borano è che può raggiungere o superare gli obiettivi di volume e peso fissati dal DOE, dice Jamie Holladay , un ingegnere di ricerca senior presso il Pacific Northwest National Laboratory. L'ammoniaca borano contiene il 19,6% di idrogeno in peso. La sfida è la rigenerazione del combustibile esaurito, dice.
Una volta ottenuto l'idrogeno dall'ammoniaca borano, non puoi semplicemente pressurizzare con più idrogeno per rigenerare il carburante, perché questo è troppo dispendioso in termini di energia, afferma John Gordon , un chimico ricercatore presso il Los Alamos National Laboratory nel New Mexico. Per scoprire quali reazioni avrebbero funzionato meglio senza doverne testare centinaia al banco, i chimici di Los Alamos hanno collaborato con David Dixon , professore di chimica all'Università dell'Alabama, che ha sviluppato algoritmi per prevedere l'energia delle reazioni. Il gruppo ha quindi testato le sostanze chimiche più promettenti e ha scoperto che l'uso di un catalizzatore allo stagno e la rigenerazione del materiale in diverse fasi richiedeva molta meno energia rispetto all'azionamento diretto della reazione.
Naturalmente, rimane un grosso problema prima che le auto a celle a combustibile a idrogeno diventino pratiche: in primo luogo lo sviluppo di metodi migliorati per produrre carburante a idrogeno, una sfida su cui stanno lavorando altri ricercatori.