Un passo promettente verso l'energia solare 24 ore su 24

Se l'energia solare vuole diventare una fonte primaria di elettricità in tutto il mondo, avremo bisogno di modi economici per immagazzinare l'energia dal sole quando non splende. Un articolo pubblicato sulla rivista Scienza questa settimana segnala un passo importante verso un tale sistema. I ricercatori hanno sviluppato un dispositivo che converte in modo economico ed efficiente l'energia della luce solare in idrogeno, che può essere utilizzato come combustibile e facilmente immagazzinabile.

L'energia solare fornita a questi elettrodi consente loro di produrre idrogeno e ossigeno dall'acqua.

Michael Graetzel , che dirige il Laboratory of Photonics and Interfaces presso l'Ecole Polytechnique di Losanna, in Svizzera, insieme ai colleghi in Corea e Singapore, ha costruito un dispositivo che utilizza elettricità e materiali catalizzatori per produrre idrogeno e ossigeno dall'acqua. Questo nuovo separatore d'acqua, come sono noti tali dispositivi, è altamente efficiente, utilizza materiali economici e abbondanti ed è facile da realizzare.

I ricercatori hanno perseguito la scissione dell'acqua a energia solare per decenni e, sebbene abbiano mostrato grandi prestazioni in una o due parti di un dispositivo del genere, nessuno ha costruito un sistema completo che sia pratico.

Il nuovo dispositivo è notevole perché soddisfa tre dei quattro criteri necessari per un dispositivo pratico: alta efficienza, basso costo e uso di materiali abbondanti (quindi può essere utilizzato su larga scala). Il passo successivo è soddisfare il quarto criterio: l'affidabilità. Il dispositivo utilizza nuove celle solari ad alta tensione per generare l'elettricità necessaria, insieme a nuovi materiali catalizzatori economici a base di nichel e ferro per due elettrodi: uno produce idrogeno e l'altro produce ossigeno.

I catalizzatori si sono basati su lavori precedenti, dimostrando che l'idrossido di nichel è un catalizzatore promettente e che l'aggiunta di ferro potrebbe migliorarlo. I ricercatori hanno aggiunto ferro all'idrossido di nichel per formare una struttura a strati e hanno messo il catalizzatore su una schiuma di nichel porosa per aumentare l'area attraverso la quale possono aver luogo le reazioni, accelerandole.

Le celle solari utilizzano un materiale poco costoso e di facile fabbricazione noto come perovskite, che ha suscitato entusiasmo nella comunità di ricerca perché le efficienze sono migliorate a un ritmo vertiginoso negli ultimi anni (vedi Un materiale che potrebbe rendere l'energia solare 'dirt Cheap' e cristalli controllati rendono pratico un nuovo materiale solare).

Lo splitter per l'acqua solare immagazzina il 12,3% dell'energia della luce solare sotto forma di idrogeno. Potrebbe sembrare una piccola quantità, ma considera che la maggior parte delle celle solari converte solo il 16 percento dell'energia della luce solare in elettricità, senza il passaggio aggiuntivo di trasformare quell'energia in idrogeno facile da immagazzinare.

È necessario più lavoro prima che il dispositivo possa essere pratico. Per prima cosa, dura solo poche ore prima che le prestazioni delle celle solari diminuiscano rapidamente. I ricercatori non sono sicuri del motivo per cui i materiali di perovskite si degradano rapidamente, ma hanno fatto progressi, ad esempio aggiungendo uno strato di carbonio o migliorando il modo in cui le celle solari sono sigillate contro gli elementi. I ricercatori hanno recentemente dimostrato una cella solare in perovskite che è durata più di un mese.

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