Idrogeno a basso costo grazie all’energia solare: fotosintesi artificiale più vicina

L'idrogeno è stato a lungo considerato una fonte di energia pulita e sostenibile, ma finora la sua produzione è stata troppo costosa, in termini sia economici che di emissioni di gas serra, per diventare una soluzione pratica nella transizione verso fonti di energia rinnovabili. Tuttavia, un team di ricercatori dell'Università del Michigan ha sviluppato un nuovo metodo per produrre idrogeno a basso costo utilizzando soltanto l'energia solare. Secondo gli stessi ricercatori sarebbe un balzo in avanti non solo nella produzione di idrogeno economico, ma nella realizzazione di una fotosintesi artificiale realmente efficiente.

Fotosintesi artificiale non più un miraggio?

La fotosintesi è quel processo chimico che permette alle piante di trasformare l’energia solare in energia necessaria al sostentamento. Si tratta di un processo naturale che da tempo la scienza sta tentando di replicare in laboratorio. Finora tuttavia i tentativi di fotosintesi artificiale hanno prodotto modesti risultati. Il primo passaggio della fotosintesi avviene nella clorofilla ed è, di fatto, un processo di divisione dell’acqua in idrogeno e ossigeno. L’ossigeno viene rilasciato dalle piante nell’atmosfera, mentre l’idrogeno viene utilizzato nella produzione di energia della pianta sotto forma di carboidrati.

La maggior parte dell’idrogeno prodotto dall’uomo arriva oggi dal gas metano. La divisione artificiale dell’acqua in idrogeno e ossigeno è un processo che fino ad oggi ha richiesto ingenti investimenti sia in termini di denaro che di energia. Una realtà che potrebbe cambiare in futuro. Secondo Zetian Mi, professore di ingegneria elettrica e informatica dell'Università del Michigan: “Crediamo che un giorno i dispositivi di fotosintesi artificiale saranno molto più efficienti della fotosintesi naturale, e fornirà un percorso verso le emissioni zero”.

A fare la differenza rispetto a tecnologie equiparabili è soprattutto l’utilizzo di un semiconduttore costituito da nanostrutture di nitruro di indio e gallio cresciute su una superficie di silicio e dalle dimensioni fino a 100 volte inferiori rispetto ai catalizzatori utilizzati fino ad oggi. Le dimensioni ridotte e la capacità di resistere alle alte temperature per una durata nel tempo maggiore promettono, secondo gli scienziati, che l’idrogeno estratto dall’acqua possa essere prodotto a basso costo.

Obiettivo: aumentare l’efficienza

In condizioni di laboratorio con acqua distillata l’efficienza del nuovo panello che sfrutta l’energia solare per produrre idrogeno è stata del 9%. Con acqua del rubinetto l’efficienza è scesa al 7%. Mentre in un sistema all’aperto che simulava un sistema su larga scala è arrivata al 6,2%. Altri sistemi di produzione dell’idrogeno dalla luce solare hanno raggiunto efficienze fino al 22% ma utilizzando metodi molto più costosi. Il vantaggio del dispositivo prodotto dagli scienziati dell’Università del Michigan, oltre a contenere i costi, è anche quello di funzionare con acqua di mare, un aspetto critico considerando le prospettive future di scarsità d’acqua dolce.

Tra le prossime sfide per il team di ricercatori americani ci sarà proprio il miglioramento dell'efficienza del sistema e il miglioramento della purezza dell’idrogeno ottenuto grazie all’energia solare in modo che possa essere facilmente messo a disposizione per la produzione di energia su larga scala. L'idrogeno prodotto con questo metodo infatti potrebbe essere utilizzato per alimentare veicoli privati, autobus e treni, o per la produzione di elettricità con celle a combustibile. Il tutto partendo soltanto dall’energia solare.