Da idrogeno a idrogeno in poche fasi
L'idrogeno è una fonte di carburante alternativa promettente. Ha un elevato contenuto di energia e la combustione in ossigeno produce solo vapore acqueo: fuliggine, ossidi di azoto o biossido di carbonio (CO2) quasi nulli. Ma nonostante sia l'elemento più abbondante nell'universo e una delle fonti del Sole, non è presente in natura in forma di gas nell'atmosfera terrestre. È quasi sempre legato ad altri atomi in composti quali acqua (H2O) e idrocarburi. L'elettrolisi dell'acqua (divisione in H2 e gas ossigeno, O2) è uno dei metodi più puliti per ottenere H2. L'uso dell'energia virtualmente illimitata del sole per l'elettrolisi la rende ancora più pulita e sostenibile. Le celle fotoelettrochimiche (PEC) utilizzano un elettrodo semiconduttore che assorbe la luce e usa l'energia per dividere H2O. Ma dopo decenni di ricerca non sono stati trovati materiali di elettrodi che uniscono efficienza, stabilità e costi accettabili. Il progetto Nanopec ("Nanostructured photoelectrodes for energy conversion"), finanziato dall'UE, sta sfruttando i progressi nanotecnologici per controllare la funzionalizzazione dei singoli componenti al fine di soddisfare la domanda. Riducendo il numero di criteri che ogni singolo materiale deve rispettare si rimuoveranno gli attuali limiti. Durante il secondo periodo di riferimento gli scienziati hanno usato nuovi approcci di nanostrutturazione ideati nel primo periodo per formare materiali sia convenzionali che di nuovo sviluppo. Tra i componenti vi sono sottostrati di ossido ultrasottili, film di ematite, fotoelettrodi ad amplificazione plasmonica, gruppi di nanocavi gradati, catalizzatori e strati superiori. Sono state potenziate notevolmente le prestazioni di PEC. Gli studiosi hanno modificato con successo gli strati superiori e i catalizzatori per sintetizzare diversi nuovi materiali semiconduttori con prestazioni e stabilità potenziate. Per comprendere meglio i processi PEC, gli scienziati hanno analizzato le strutture, i difetti e il comportamento fisico-chimico del materiale. Hanno inoltre sviluppato una tecnica innovativa di cattura della luce per massimizzare l'assorbimento della luce. Nel secondo periodo di riferimento sono state valutate le prestazioni e sono stati ottimizzati dispositivi PEC completamente assemblati, consentendo di costruire e dimostrare due dispositivi con diverse configurazioni. Nonostante i costi siano ancora leggermente oltre il target, sono stati fatti notevoli progressi nella dissociazione dell'acqua PEC e la tecnologia potrebbe essere presto sfruttata.
