Un’innovativa foglia artificiale modulare potrebbe essere la chiave di volta per l’aumento della produzione di idrogeno verde. Un gruppo di ricercatori dell’UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology) ha sviluppato infatti un sistema capace di generare idrogeno direttamente dalla luce solare e dall’acqua, senza l’impiego di elettricità esterna e senza produrre emissioni di carbonio. Questa tecnologia come si può intuire è ispirata alla fotosintesi naturale, ovvero quel processo che grazie alla clorofilla consente alle piante di trasformare l’energia solare in energia chimica, producendo glucosio e ossigeno.
Il tema di fondo è che normalmente per produrre idrogeno verde bisogna impiegare fonti rinnovabili (solare, idrica, geotermica, eolica o biomasse) e quindi disporre di una quantità di energia adeguata per attuare l’elettrolisi dell’acqua: appunto ricavare l’idrogeno separandolo dall’ossigeno. Se si impiegano i pannelli solari – di fatto uno dei sistemi più diffusi – bisogna considerare la dispersione a monte di questo sistema e poi la dispersione a valle della produzione di idrogeno; senza contare il deperimento dei materiali. La foglia artificiale dell’UNIST invece salta totalmente la fase di conversione elettrica e trasforma direttamente la luce solare in energia chimica. Evidente quindi il vantaggio sia in termini di dispersione che di ingombri. Il problema è che fino a ieri la “fotosintesi artificiale” era afflitta da bassa efficienza, durata limitata dei materiali e scarsa scalabilità. Il gruppo di ricercatori sudcoreani, guidato dai professori Jae Sung Lee, Sang Il Seok e Ji Wook Jang, ha superato ogni problema sviluppando uno speciale fotoelettrodo a base di perovskite potenziato con catalizzatori nichel-ferro-cobalto. E così hanno ottenuto un sistema modulare 4×4 che integrando batteria solare e fotocatalizzatore ha raggiunto un’efficienza di conversione da solare a idrogeno record dell’11,2%, in pratica la più alta mai registrata con un modulo. Soluzioni analoghe in passato non erano andate oltre il 3%.
“La foglia artificiale è stata un’ottima idea, poiché può essere utilizzata per produrre idrogeno, ma la scarsa fattibilità economica ha rappresentato un problema, dato che il prezzo unitario delle batterie solari al silicio è troppo elevato. Per lo sviluppo pratico, abbiamo pensato che fosse necessario trovare una struttura più economica ed efficiente”, ha sottolineato il professor Lee. Da sottolineare che la ricerca è stata pubblicata a maggio su Nature Communications ed è stata finanziata dal ministero coreano della Scienza e dell’ICT attraverso i suoi programmi di risposta ai cambiamenti climatici e di scambio di ricercatori, nonché dall’Institute for Basic Science (IBS). “Si tratta di una svolta fondamentale. Superare il limite di efficienza del 10% con un’unità scalabile dimostra che le applicazioni commerciali non sono più teoriche”, hanno assicurato i ricercatori. In effetti tutto questo è stato possibile grazie al contributo dei nuovi materiali che si stanno affacciando nel settore del fotovoltaico, come appunto la perovskite. Uno strato di questo minerale – in questo caso arricchito – garantisce una migliore efficienza nella cattura della luce, mentre strati intermedi più resistenti ai raggi UV e una migliore protezione del catalizzatore preservano la stabilità nel tempo. E infatti, sebbene si tratti di una fase sperimentale, i moduli hanno mantenuto il 99% delle loro prestazioni iniziali anche dopo 140 ore di funzionamento continuo sotto luce solare e in condizioni di umidità. Un altro vantaggio è che questo sistema modulare di foglie artificiali può consentire la creazione di pannelli di grandi dimensioni, sulla falsariga dei pannelli solari convenzionali. La prospettiva è di una commercializzazione entro cinque anni.
