Immagazzinare’ l’energia rinnovabile? Lo studio di Area Science Park

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L’incerto dilemma che affligge chi usa le rinnovabili – che sia o in casa o in azienda o a livello di industria – rimane l’aleatorietа di questa tipologia di energie: resta difficile “immagazzinare” quanto prodotto dal solare e dall’eolico, anche per la forte dipendenza dal contesto ambientale. La trasformazione nell’energia elettrica impone infatti un ulteriore passaggio all’energia chimica o alle materie prime, affinchй tutto il potenziale di queste energie possa venire sfruttato adeguatamente. La situazione potrebbe tuttavia mutare in futuro grazie a dei nuovi studi compiuti grazie a un ente con sede nella “triestina” Area Science Park. Si tratta di un gruppo composto da ricercatori dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom), con sede a Trieste, Politecnico di Berlino, Politecnico di Zurigo e Istituto Fritz Haber di Berlino. Questa “coalizione” di ricercatori si и interessata allo studio di nuovi materiali per l’evoluzione elettrocatalitica dell’ossigeno, momento cruciale nell’elettrolisi dell’acqua. L’elettrolisi и un processo che utilizza energia elettrica per scindere l’acqua nei sui elementi costitutivi, ossigeno e idrogeno, tramite reazioni chimiche. Queste reazioni avvengono sulla superficie dei catalizzatori, elementi che si usano per accelerare o favorire una reazione chimica. Lo studio, pubblicato sulla rivista “Nature“, spiega il funzionamento di una delle migliori classi di catalizzatori per la reazione di evoluzione dell’ossigeno: gli ossidi di iridio.

L’importanza dell’elettrocatalisi dell’ossigeno si spiega in riferimento al problema dell’immagazzinamento delle rinnovabili. Infatti, soprattutto per le energie non programmabili, come il solare e l’eolico, il problema dello stoccaggio diventa determinante, per assorbire le fluttuazioni di potenza e per garantire un approvvigionamento energetico affidabile. La strategia и dunque quella di convertire l’energia elettrica in combustibili chimici tramite l’utilizzo di protoni ed elettroni prodotti con l’elettrolisi dell’acqua”, spiega Simone Piccinin del Cnr-Iom.

Un ostacolo a questo approccio и perт l’identificazione di elettrocatalizzatori per l’ossidazione dell’acqua a ossigeno molecolare, ovvero la reazione che fornisce i protoni e gli elettroni necessari per produrre tali combustibili.

“Nel tentativo di sviluppare nuovi elettrocatalizzatori, gli esperti nel campo hanno da sempre pensato che la reazione elettrocatalitica di evoluzione dell’ossigeno potesse essere spiegata usando una teoria ben nota, sviluppata decenni fa”, prosegue il ricercatore del Cnr-Iom.

“Il nostro gruppo ha deciso di testare queste assunzioni e, sorprendentemente, ha scoperto che la reazione di evoluzione dell’ossigeno è in realtà più simile alla tradizionale catalisi termica di quanto si ritenesse. Questo consente, per la prima volta, di applicare strumenti e concetti sviluppati per descrivere la catalisi termica tradizionale anche alla catalisi elettrochimica”.

“Per migliorare gli elettrocatalizzatori и importante capire la scienza fondamentale che sta alla loro base. Ci era sempre piщ chiaro che la descrizione tradizionale di ciт che muove le reazioni elettrocatalitiche и incompleta”, spiega Peter Strasser del Politecnico di Berlino.

“I ricercatori di solito assumono che la reazione di evoluzione dell’ossigeno sia controllata direttamente dall’azione del potenziale elettrico sulla coordinata di reazione. Questo и uno scenario molto diverso dalla catalisi termica, dove la creazione e rottura di legami chimici controlla la velocitа di reazione attraverso la chimica di superficie”.

“Dal nostro lavoro emerge invece che il ruolo del potenziale и quello di ossidare la superficie e che l’accumulo della carica indotto da questa ossidazione controlla la velocitа di reazione, in modo analogo alla catalisi termica”, aggiunge Detre Teschner dell’Istituto Fritz Haber.

“Questi studi ci hanno fatto capire che la reazione è controllata dalla chimica di superficie, a dispetto di quanto si credesse. Sviluppando un metodo di laboratorio in grado di quantificare l’accumulo di carica e usando simulazioni teoriche con tecniche di meccanica quantistica, il nostro gruppo и riuscito a studiare diversi materiali e ha trovato che tutti mostravano lo stesso comportamento”, conclude Piccinin.

Insomma, questa svolta ancora “teorica”, lontana dall’applicazione pratica, potrebbe perт nel futuro garantire un combustibile chimico ricavato dalle energie rinnovabili, con tutti i vantaggi che ne potrebbero conseguire. Nuovamente una conferma di come non sempre le ricerche con obiettivi immediati e “pratici” siano le uniche da sostenere.

[z.s.]