Un nuovo catalizzatore potrebbe fornire combustibile a idrogeno liquido in futuro

I ricercatori dell’Università di Lund in Svezia hanno sviluppato un innovativo sistema di alimentazione per auto che funziona in modo circolare, riducendo le emissioni di gas serra. Questo sistema utilizza un liquido unico che, combinato con un catalizzatore solido, si trasforma in idrogeno per il veicolo. Dopo l'uso, il fluido esaurito viene rimosso dal serbatoio del veicolo e ricaricato con idrogeno, rendendolo pronto per il riutilizzo. Questo processo forma un sistema a circuito chiuso che riduce significativamente l’impatto ambientale.

In due articoli di ricerca, i ricercatori di Lund hanno dimostrato che questo metodo funziona e, sebbene si tratti ancora di ricerca di base, ha il potenziale per diventare in futuro un efficace sistema di stoccaggio dell’energia.

“Il nostro catalizzatore è uno dei più efficienti, almeno se si considera la ricerca disponibile al pubblico”, afferma Ola Wendt, professore presso il Dipartimento di Chimica dell'Università di Lund e uno degli autori.

Affrontare l’impatto climatico ed esplorare il gas idrogeno

Trovare modi alternativi per produrre, immagazzinare e convertire l’energia al fine di ridurre le emissioni di anidride carbonica derivanti dai combustibili fossili è essenziale per ridurre l’impatto sul clima. Un metodo prevede l’utilizzo del tanto chiacchierato gas idrogeno, che molti vedono come una soluzione futura per lo stoccaggio dell’energia. La natura immagazzina energia in legami chimici e l’idrogeno ha la densità energetica più alta rispetto al suo peso.

“Tuttavia, il gas può essere difficile da gestire, quindi stiamo esaminando combustibili liquidi caricati di idrogeno che possono essere erogati alla pompa, in un modo molto simile a quanto accade oggi nelle stazioni di servizio”, afferma Ola Wendt.

Questo concetto è noto come LOHC (portatori di idrogeno organico liquido) e non è nuovo in quanto tale. La sfida è trovare il catalizzatore più efficiente possibile in grado di estrarre l’idrogeno da un liquido.

Il sistema è destinato a funzionare utilizzando un fluido “caricato” di idrogeno. Il liquido viene pompato attraverso un catalizzatore solido che estrae l'idrogeno. Questo potrebbe essere utilizzato in una cella a combustibile – che converte il combustibile chimico in elettricità – mentre il liquido “esaurito” si sposta in un altro serbatoio. L'unica emissione è l'acqua.

Rifornimento e produzione su larga scala

Il fluido esaurito può quindi essere svuotato in una stazione di rifornimento prima del rifornimento con un nuovo fluido caricato. Ciò potrebbe significare produrre questa sostanza su larga scala, rispetto alle raffinerie di petrolio di oggi.

“Abbiamo convertito più del 99% dell'idrogeno gassoso nel liquido”, afferma Ola Wendt.

I ricercatori stanno anche valutando se il carburante potrebbe essere utilizzato per veicoli più grandi come autobus, camion e aerei.

“Grazie ai serbatoi più grandi, forse è possibile coprire quasi la stessa distanza di un serbatoio diesel. Inoltre è possibile convertire circa il 50% in più di energia rispetto all'idrogeno compresso”, afferma Ola Wendt.

Componenti e sfide

I liquidi utilizzati sono isopropanolo (un ingrediente comune nel lavaggio dei vetri) e 4-metilpiperidina.

Sembra troppo bello per essere vero? Sì, almeno per ora rimangono alcune sfide. Il primo è che la vita del catalizzatore è piuttosto limitata. L'altro motivo è che l'iridio, su cui si basa il catalizzatore, è un metallo prezioso.

“Ma stimiamo che siano necessari circa due grammi di iridio per auto. Questo può essere paragonato ai convertitori catalitici utilizzati oggi per la pulizia dei gas di scarico, che contengono circa tre grammi di platino, palladio e rodio, anch'essi metalli preziosi.”

Questa è una soluzione tecnica basata sulla ricerca di base. Se si decidesse di realizzare un prodotto finito, Ola Wendt ritiene che il concetto potrebbe essere pronto entro dieci anni, a condizione che sia economicamente sostenibile e che vi sia interesse da parte della comunità.

Un altro problema è come produrre idrogeno, poiché la maggior parte della produzione odierna non è rispettosa del clima. Successivamente, l’idrogeno deve essere immagazzinato e trasportato in modo efficiente, cosa che oggi non è così semplice. Esistono anche rischi legati al rifornimento con idrogeno compresso. I ricercatori di Lund sperano di risolvere questo problema con il loro metodo.

“Il novantotto per cento dell'idrogeno oggi si basa su combustibili fossili ed è prodotto dal gas naturale. Il sottoprodotto è l'anidride carbonica. Da un punto di vista ambientale, l'idea di produrre idrogeno per acciaio, batterie e carburanti non ha senso se viene fatto utilizzando gas naturale”, afferma Ola Wendt. “, ma spiega che sono in corso molte ricerche su come “diventare ecologici”. L'”idrogeno” può essere prodotto dividendo l'acqua in idrogeno e ossigeno con l'aiuto di energia rinnovabile.

Allo stesso tempo, Ola Wendt ritiene che siano necessarie decisioni politiche affinché le alternative rinnovabili e rispettose del clima possano prendere piede adeguatamente.

“Deve essere più economico e richiede decisioni politiche. Le energie rinnovabili non hanno alcuna possibilità di competere con qualcosa che viene appena estratto dal suolo, dove il trasporto è quasi l'unico costo, come nel caso dei combustibili fossili.

Riferimenti: “Deidrogenazione inaccettabile della 4-metilpiperidina mediante catalizzatori di iridio legati a tenaglie in flusso continuo” di Kaushik Chakrabarty, Alice Spangenberg, Vasudevan Subramanian, Andreas Hedderstedt, Omar Yousef Abdelaziz, Alexei F. Polokev, Rain Wallenberg, Christian B. Hultberg e I.F. Wendt, 27 luglio 2023, Scienza e tecnologia della catalisi.
doi: 10.1039/D3CY00881A

“Deidrogenazione catalizzata da iridio in un reattore a flusso continuo per la pratica generazione di idrogeno a bordo da vettori di idrogeno organico liquido” di Alexey V. Polukeev, Reine Wallenberg, Jens Uhlig, Christian P. Hulteberg e Ola F. Wendt, 9 marzo 2022, ChemSusChem.
doi: 10.1002/cssc.202200085