Magneti doppio efficienza di spaccare l’acqua potrebbe aiutare a instaurare un’economia all’idrogeno

0
36

Semplicemente portando un normale magnete permanente all’interno contatto con la distanza di un water splitting reattore può raddoppiare il processo di’ efficienza. Riducendo la quantità di energia necessaria per dividere l’acqua apre la strada alla produzione industriale di idrogeno e di un’economia che corre sul gas, il tutto alimentato da fonti di energia rinnovabili.

Molto intelligente – per un totale di gioco-changer nel water splitting

Ron Naaman, del Weizmann Institute of Science

Spaccare l’acqua è il modo più sostenibile di produzione di idrogeno, e potrebbe essere la base di un’economia globale che non funziona più dai combustibili fossili. La tecnologia per la produzione di grandi quantità di idrogeno da acqua di scissione è pronto ad andare, ma è ancora molto più costoso di steam reforming del metano – un processo che genera una grande quantità di biossido di carbonio.

‘La nostra strategia migliora l’efficienza dell’acqua elettrolizzatori, spiega José Ramón Galán-Mascarós, presso l’Istituto di Ricerca Chimica della Catalogna in Spagna, che ha condotto lo studio. ‘Possiamo raggiungere la produzione di idrogeno a bassa potenzialità appena avvicinando un magnete permanente per l’anodo, che si traduce in un immediato risparmio di energia.’ Inoltre, il team ha utilizzato catalizzatori a base di terra ricco di metalli come il nichel e ferro, a differenza di altri water splitting sforzi che hanno bisogno di metalli preziosi. Galán-Mascarós dice che in laboratorio si può aumentare l’efficienza di produzione di idrogeno per mezzo di un elettrolizzatore da 100% (vedi video). In un ambiente industriale egli aspetta miglioramenti di efficienza del 30-40%.

‘Per sviluppare l’energia sostenibile (economia, l’obiettivo è di produrre fonti rinnovabili di idrogeno dall’accoppiamento di acqua elettrolizzatori a fonti di energia rinnovabili, come i pannelli solari o i mulini a vento”, spiega María Escudero-Escribano, un elettrocatalisi ricercatore presso l’Università di Copenaghen, in Danimarca. Tuttavia, questo di solito è difficile a causa della bassa efficienza e l’intermittenza di queste fonti rinnovabili. ‘Acqua di elettrolizzatori sono una grande soluzione a questo, ci permettono di immagazzinare energia attraverso la formazione di legami chimici nelle molecole di idrogeno,’ ha aggiunto.

Il team spagnolo ha iniziato guardando l’anodo, dove l’ossidazione dell’acqua di ossigeno avviene. Questo mezzo di reazione richiede un sacco di energia e in genere è il collo di bottiglia di acqua scissione. “Ora, noi dimostrare che i campi magnetici aumento di ossidazione dell’acqua costo, e questo può essere facilmente implementato, spiega Galán-Mascarós. Magneti offre un altro vantaggio per la produzione di idrogeno – ferrite catalizzatori sono fortemente attratti magnetico elettrodi senza la necessità di ulteriori raccoglitori.

‘Game changer’

Ron Naaman, elettronica molecolare ricercatore presso il Weizmann Institute of Science in Israele, dice che questo nuovo approccio è ‘molto intelligente – per un totale di gioco-changer in acqua divisione”. Funziona grazie a un fenomeno chiamato polarizzazione di spin. ‘Quando si guarda a due elettroni nella molecola stessa, possono avere parallelo giri (che si chiama una tripletta di stato) o anti-parallelo (singoletto),’ Naaman, spiega. Spaccare l’acqua è uno spin-limitata il processo per produrre tripletta stato ossigeno dall’acqua, dove si trova nello stato di singoletto. ‘Questo non rispetta le regole”, dice. ‘Ma in questo caso, il magnetico elettrodo accetta gli elettroni con lo stesso [parallela] spin, quando tornano dalla reagenti, che è la chiave per ottenere facilmente la tripletta di stato di ossigeno”, ha note.

‘Questo spin-controllo effetto è esattamente come la natura si fa durante la fotosintesi,’ dice Escudero-Escribano. ‘Abbiamo ancora molto da imparare dalla natura, catalizzatori, e questi risultati sono molto promettenti per il campo.’

Magnetico valorizzazione di ossidazione dell’acqua è stato proposto, ma mai raggiunto. “La precedente teoria non era in grado di spiegare perché – o quando – l’effetto potrebbe apparire,” dice Núria López, che ha eseguito i studi computazionali. Lei dice che la modellazione permesso loro di risolvere le condizioni necessarie, oltre che la prima riga di metalli di transizione, sarebbe la chiave per ottenere magnetico valorizzazione del water splitting. Ora la squadra vuole verificare se i magneti possono migliorare le reazioni di là di spaccare l’acqua, come la riduzione dell’ossigeno nelle celle a combustibile e selettivo ossidazione elettrochimica.

I ricercatori sperano che questo modo di stimolare la produzione di idrogeno potrebbe essere ridotta. Naaman dice che i magneti sono economici e possono essere acquistati in un negozio di ferramenta – non è nulla di particolarmente forte’. Questo significa scaling-up, il processo dovrebbe essere semplice come magneti di ceramica che generare il 450mT sono comuni. Anche se ottenere la tecnologia in un settore necessita di ulteriori sviluppi, abbiamo già avuto alcune discussioni con le imprese”, López dice.

Galán-Mascarós accetta e sogni, di stazioni a idrogeno in grado di produrre da sé l’idrogeno in loco, evitando problemi di trasporto. ‘Se siamo in grado di fare verde idrogeno conveniente e redditizio, la transizione dai combustibili fossili alle energie rinnovabili sarà inarrestabile,’ dice.

Riferimenti

F A Garcés-Pineda et al, Nat. Energia, 2019, DOI: 10.1038/s41560-019-0404-4

Fernando Gomollón-Bel