Premessa – advising: Questo articolo è per lettori con competenze scientifiche a livello universitario
Ricercatori spagnoli hanno sviluppato la produzione di idrogeno senza elettrodi di contatto attraverso l’elettrolisi dell’acqua mediante l’attivazione redox innescata da microonde di materiali ionici allo stato solido a basse temperature (< 250 °C).
Illustrazione schematica del ciclo redox indotto dalle microonde. L’irradiazione a microonde di materiali drogati ne induce la reazione di riduzione e innesca il rilascio di ossigeno gassoso. L’immissione di un gas adatto a controllare le microonde porta alla riossidazione del materiale attraverso la deossigenazione del gas e la formazione di preziosi vettori energetici molecolari.
L’H2 prodotto dall’acqua e dall’energia verde attraverso la scissione termochimica o fotocatalitica dell’acqua e l’elettrolisi dell’acqua è diventato un’alternativa sostenibile con un contributo trascurabile di gas serra in loco. Nei cicli termochimici, la scissione delle molecole d’acqua, altamente dispendiosa dal punto di vista energetico (ΔHH2O=285kJmol-1), è spesso realizzata utilizzando vettori energetici rigenerabili (agenti molecolari o solidi come metalli o ceramiche) che riducono l’acqua per produrre H2. L’attivazione redox dell’acqua viene solitamente effettuata mediante riscaldamento ad altissima temperatura o metodi galvanici per consentire questa reazione non spontanea limitata all’equilibrio, cioè con una grande variazione positiva dell’energia libera di Gibbs (ΔGH2O).
I processi elettromagnetici, come il riscaldamento a microonde, sono promettenti per la produzione intelligente e l’attivazione di reazioni chimiche e possono consentire il funzionamento elettrochimico senza elettrodi di contatto e senza le limitazioni delle celle elettrolitiche convenzionali, ovvero le condizioni operative limitate e la complessità delle apparecchiature.
Qui sopra riportiamo la produzione di H2 dall’acqua senza contatto, mediata dall’attivazione redox innescata dalle microonde di materiali ionici allo stato solido. La scissione dell’acqua è realizzata con la sola applicazione di radiazioni a microonde, che consentono il ciclo chimico redox degli ossidi ceramici a temperature molto basse (<250 °C).
Dal diagramma energetico di Sankey della distribuzione energetica del ciclo redox completo assistito da microonde per la produzione di idrogeno si nota che il calore in eccesso dalla riossidazione viene riutilizzato per soddisfare il fabbisogno energetico della fase di riduzione.
L’acqua è stata ridotta per reazione con CeO2 drogato con gadolinio non in equilibrio, precedentemente deossigenato elettrochimicamente in situ con la sola applicazione delle microonde. La riduzione guidata dalle microonde è stata identificata da un aumento istantaneo della conduttività elettrica e dal rilascio di O2.
In primo luogo, le microonde interagiscono con l’ossido cristallino, determinando un aumento istantaneo della conduttività elettrica che è accompagnato dalla riduzione del materiale (deossigenazione).
La seconda fase prevede la scissione dell’acqua attraverso una reazione spontanea con il materiale attivato, che porta alla formazione diretta di H2 e alla riossigenazione del materiale.
Questo processo è ciclabile; il rendimento di H2 e l’efficienza energetica dipendono dal materiale e dalla potenza.
Fonte: Universitat Politècnica de València
