L’acqua di mare è una delle risorse più abbondanti sulla terra, promettente sia come fonte di idrogeno – desiderabile come fonte di energia pulita – sia di acqua potabile nei climi aridi. Ma anche se le tecnologie di scissione dell’acqua in grado di produrre idrogeno dall’acqua dolce sono diventate più efficaci, l’acqua di mare è rimasta una sfida.

I ricercatori dell’Università di Houston hanno riportato una svolta significativa con un nuovo catalizzatore di reazione di evoluzione dell’ossigeno che, combinato con un catalizzatore di reazione di evoluzione dell’idrogeno, ha raggiunto densità di corrente in grado di supportare le richieste industriali richiedendo al contempo una tensione relativamente bassa per avviare l’elettrolisi dell’acqua di mare.

I ricercatori affermano che il dispositivo, composto da nitruri di metalli non nobili a basso costo, riesce a evitare molti degli ostacoli che hanno limitato i precedenti tentativi di produrre a buon mercato idrogeno o acqua potabile sicura dall’acqua di mare. Il lavoro è descritto in Nature Communications.

Zhifeng Ren, direttore del Texas Center for Superconductivity presso l'UH e autore corrispondente dell'articolo, ha affermato che uno dei principali ostacoli è stata la mancanza di un catalizzatore in grado di dividere efficacemente l'acqua di mare per produrre idrogeno senza liberare anche ioni di sodio, cloro, calcio. ed altri componenti dell'acqua di mare, che una volta liberati possono depositarsi sul catalizzatore rendendolo inattivo. Gli ioni cloro sono particolarmente problematici, in parte perché il cloro richiede una tensione leggermente superiore per liberarsi rispetto a quella necessaria per liberare l’idrogeno.

I ricercatori hanno testato i catalizzatori con acqua di mare prelevata dalla baia di Galveston, al largo della costa del Texas. Ren, MD Anderson Professore di fisica alla UH, ha detto che funzionerebbe anche con le acque reflue, fornendo un'altra fonte di idrogeno dall'acqua che altrimenti sarebbe inutilizzabile senza un trattamento costoso.

“La maggior parte delle persone utilizza acqua dolce pulita per produrre idrogeno mediante la scissione dell’acqua”, ha affermato. “Ma la disponibilità di acqua dolce pulita è limitata”.

Per affrontare le sfide, i ricercatori hanno progettato e sintetizzato un catalizzatore di reazione di evoluzione dell'ossigeno nucleo-guscio tridimensionale utilizzando nitruro di metallo di transizione, con nanoparticelle costituite da un composto di nitruro di nichel-ferro e nanobarre di nitruro di nichel-molibdeno su schiuma di nichel porosa.

Il primo autore Luo Yu, un ricercatore post-dottorato presso la UH che è anche affiliato alla Central China Normal University, ha affermato che il nuovo catalizzatore di reazione di evoluzione dell'ossigeno è stato accoppiato con un catalizzatore di reazione di evoluzione dell'idrogeno precedentemente riportato di nanobarre di nichel-molibdeno-nitruro.

I catalizzatori sono stati integrati in un elettrolizzatore alcalino a due elettrodi, che può essere alimentato dal calore di scarto tramite un dispositivo termoelettrico o da una batteria AA.

Le tensioni delle celle necessarie per produrre una densità di corrente di 100 milliampere per centimetro quadrato (una misura della densità di corrente, o mA cm-2) variavano da 1,564 V a 1,581 V.

La tensione è significativa, ha detto Yu, perché mentre è necessaria una tensione di almeno 1,23 V per produrre idrogeno, il cloro viene prodotto a una tensione di 1,73 V, il che significa che il dispositivo deve essere in grado di produrre livelli significativi di densità di corrente con una tensione tra i due livelli.

Oltre a Ren e Yu, i ricercatori sull'articolo includono Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao e Shuo Chen, tutti di UH; e Ying Yu della Central China Normal University.

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