Alternativa per trasformare l’acqua in carburante a idrogeno

Il processo della respirazione dei mammiferi è uno dei sistemi più sofisticati per lo scambio di gas in natura. Ad ogni respiro, l’aria si muove attraverso i piccoli bronchioli dei polmoni, fino a raggiungere minuscole sacche chiamate alveoli. Da lì, il gas deve passare nel flusso sanguigno, altrimenti causerebbe la formazione di bolle nocive. È la struttura unica degli alveoli, che comprende una membrana di spessore micron che respinge le molecole di acqua all’interno e li attrae verso la superficie esterna, cosa che impedisce di fatto a queste bolle di formarsi e rende lo scambio di gas altamente efficiente.

Pertanto, se l’acqua dovesse entrare nei polmoni, avrebbe conseguenze catastrofica. Ma quando l’acqua entra in un nuovo tipo di “polmone” creato da ricercatori dell’Università di Stanford, il risultato è: carburante a idrogeno, una fonte di energia pulita che un giorno potrebbe alimentare tutto, dalle nostre auto ai nostri smartphone.

Sebbene questo non sia il primo dispositivo per la produzione di idrogeno, il design unico potrebbe essere il primo passo verso un metodo efficiente per generare combustibile a idrogeno. Il team di Stanford descrive il proprio dispositivo in un articolo pubblicato di recente sulla rivista Joule.

Quando l’aria entra in un polmone umano, passa attraverso una membrana sottile. Questa membrana estrae ossigeno dall’aria e lo invia al flusso sanguigno. La struttura unica dell’organo rende questo scambio di gas altamente efficiente. Se combiniamo idrogeno con ossigeno otteniamo energia elettrica e, a differenza della combustione di combustibili fossili, l’unico sottoprodotto è l’acqua. Per questo motivo, i ricercatori hanno studiato il combustibile a idrogeno per decenni, ma semplicemente non hanno trovato un modo per produrlo che sia abbastanza efficiente da essere utile. Ciò è dovuto principalmente al fatto che l’idrogeno spesso non esiste di per sé in natura. Dobbiamo isolarlo, spesso separando l’acqua in idrogeno e ossigeno.

Il polmone dei ricercatori di Stanford è essenzialmente una borsa creata da una pellicola di materiali speciali. Piccoli pori idrorepellenti coprono l’esterno della borsa, mentre le nanoparticelle di oro e platino si allineano all’interno. Collocando la sacca in acqua e applicando una tensione, i ricercatori sono stati in grado di “forzare” il dispositivo a creare energia con un’efficienza che è del 32% più alta rispetto a quando la pellicola è stata posizionata in piano. Sostengono che questo è dovuto al fatto che la forma simile ai polmoni ha fatto un lavoro migliore rispetto ad altri modelli di celle a combustibile per ridurre al minimo le bolle che possono formare e danneggiare l’efficienza durante il processo di generazione di energia.

“La struttura che simula la respirazione potrebbe essere accoppiata con molti altri elettrocatalizzatori all’avanguardia, e un’ulteriore esplorazione dell’elettrodo trifase gas-liquido-solido offre interessanti opportunità per la catalisi”, afferma Jun Li, autore principale dello studio presso il Dipartimento di Scienze e ingegneria dalla Stanford University. Il team ora si concentrerà sull’espansione della sua progettazione e sulla ricerca di un modo per tollerare temperature più elevate. A questo punto, non funziona a più di 100 °C, il che potrebbe essere un problema per le applicazioni industriali.