Il Brasile è il più grande produttore mondiale di niobio e detiene circa il 98% delle riserve attive del pianeta. Questo elemento chimico viene utilizzato nelle leghe metalliche, in particolare nell'acciaio ad alta resistenza, e in una gamma quasi illimitata di applicazioni high-tech, dai telefoni cellulari ai motori degli aerei. Il Brasile esporta la maggior parte del niobio che produce sotto forma di materie prime come il ferroniobio.

Un’altra sostanza che il Brasile ha in quantità abbondanti ma sottoutilizzata è il glicerolo, un sottoprodotto della saponificazione di oli e grassi nell’industria del sapone e dei detergenti e delle reazioni di transesterificazione nell’industria del biodiesel. In questo caso la situazione è ancora peggiore perché il glicerolo viene spesso smaltito come rifiuto e il corretto smaltimento di grandi volumi è complesso.

Uno studio condotto presso l’Università Federale dell’ABC (UFABC) nello Stato di San Paolo, in Brasile, ha combinato niobio e glicerolo in una promettente soluzione tecnologica per la produzione di celle a combustibile. Un articolo che descrive lo studio, intitolato “Il niobio migliora l’attività elettrocatalitica del Pd nelle celle a combustibile alcaline di glicerolo diretto”, è pubblicato su ChemElectroChem e appare sulla copertina della rivista.

“In linea di principio, la cella funzionerà come una batteria alimentata a glicerolo per ricaricare piccoli dispositivi elettronici come telefoni cellulari o laptop. Può essere utilizzato in zone non coperte dalla rete elettrica. Successivamente la tecnologia potrà essere adattata per far funzionare veicoli elettrici e persino per fornire energia alle case. Ci sono applicazioni potenziali illimitate a lungo termine”, ha detto il chimico Felipe de Moura Souza, primo autore dell’articolo. Souza ha una borsa di dottorato diretta dalla São Paulo Research Foundation-FAPESP.

Nella cella, l'energia chimica derivante dalla reazione di ossidazione del glicerolo nell'anodo e dalla riduzione dell'ossigeno nell'aria nel catodo viene convertita in elettricità, lasciando come residui solo gas di carbonio e acqua. La reazione completa è C3H8O3 (glicerolo liquido) + 7/2 O2 (ossigeno gassoso) → 3 CO2 (gas di carbonio) + 4 H2O (acqua liquida). Di seguito è riportata una rappresentazione schematica del processo.

“Il niobio [Nb] partecipa al processo come co-catalizzatore, assistendo l’azione del palladio [Pd] utilizzato come anodo della cella a combustibile. L'aggiunta di niobio consente di dimezzare la quantità di palladio, abbassando il costo della cella. Allo stesso tempo aumenta significativamente la potenza della cella. Ma il suo contributo principale è la riduzione dell’avvelenamento elettrolitico del palladio che risulta dall’ossidazione degli intermedi che sono fortemente adsorbiti nel funzionamento a lungo termine della cellula, come il monossido di carbonio”, ha affermato Mauro Coelho dos Santos, professore dell’UFABC. , relatore di tesi per il dottorato diretto di Souza e ricercatore principale dello studio.

Dal punto di vista ambientale, che più che mai dovrebbe rappresentare un criterio decisivo per le scelte tecnologiche, la cella a combustibile a glicerolo è considerata una soluzione virtuosa perché può sostituire i motori a combustione alimentati da combustibili fossili.