Aprile 23, 2024

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“La sua capacità unica è una sorpresa”: per immagazzinare l’idrogeno, questo ricercatore belga ha progettato un materiale completamente nuovo

“La sua capacità unica è una sorpresa”: per immagazzinare l’idrogeno, questo ricercatore belga ha progettato un materiale completamente nuovo

Sebbene l’uso dell’idrogeno sia ormai considerato un obiettivo fondamentale della transizione energetica, esistono ancora molti ostacoli tecnici sul campo. Tuttavia, un team dell’UCLouvain ha appena dato il suo contributo per rendere l’uso dell’idrogeno più efficiente e più semplice in futuro. Questo team di chimici di New Louvain ha infatti ideato un nuovo materiale che si è rivelato particolarmente adatto allo stoccaggio dell'idrogeno, e molto più efficiente delle principali tecnologie attualmente in uso.

“Le persone a volte pensano ingenuamente che possiamo immagazzinare l'energia proveniente da una centrale nucleare ed eolica in forma fisica, ma no! Se produciamo energia da una centrale nucleare o da una turbina eolica e se vogliamo immagazzinarla, abbiamo per convertirlo in composti chimici, non c’è altra opzione (a differenza dello stoccaggio tramite pompaggio come nel caso della CO centrale).”Jaroslav Velchuk Professore esecutivo di Chimica. Anche questi composti chimici devono essere molto pressurizzati. Una delle migliori opzioni è l’idrogeno, che permette di convertire questa energia prodotta ad esempio dalla rotazione delle turbine eoliche (l’idrogeno non è una fonte di energia in sé ma un vettore della stessa). Possiamo produrre idrogeno localmente e immagazzinare l’energia sotto forma di idrogeno, ad esempio invece di immettere elettricità nella rete, se non è necessaria in quel momento (se c’è molto vento o sole, per il solare). “È un’opzione per quanto riguarda l’idrogeno, ma non è l’unica opzione”.

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Per auto, camion, ecc

Un'altra opzione è quella di fungere da riserva di energia per i trasporti: automobili, camion, barche, ecc… In generale, l'idrogeno immagazzinato nell'auto reagisce con l'ossigeno nella cella a combustibile, producendo energia elettrica. Ad esempio, il centro di distribuzione Colruyt di Halle fornisce montacarichi alimentati con idrogeno proveniente dall’energia eolica locale.

Il vantaggio dell'idrogeno non è solo che quando viene bruciato non rilascia anidride carbonica, ma fa anche risparmiare tre volte più energia per chilo rispetto al petrolio. Ma ci sono anche degli inconvenienti: il volume occupato da questo gas leggero è molto grande. Per utilizzarlo è necessario comprimerlo (mantenerlo sotto pressione) o liquefarlo (renderlo liquido). È da queste opzioni che dipende l’attuale crescita dell’economia dell’idrogeno. “Per l’idrogeno compresso esiste una rete di distribuzione, produzione e stoccaggio basata su uno standard industriale in cui l’idrogeno è mantenuto a una pressione di 700 bar. Ma non è ancora molto conveniente, perché richiede serbatoi ad alta pressioneIl giudice Jaroslav Velchuk. I camion o le automobili devono essere dotati di queste bombole ad alta pressione. Questi armadietti sono piuttosto intelligenti: sono fatti di plastica e sono leggeri… ma occupano spazio e sono costosi. La gente ha paura anche di un'esplosione, anche se i test hanno dimostrato che questi carri armati sono molto resistenti. Uno svantaggio dell'idrogeno liquido è che deve essere conservato a temperature molto basse: -253°C.

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La soluzione secondo Yaroslav Velchuk? Creazione di materiali nuovi e appositamente adattati in grado di immagazzinare adeguatamente l’idrogeno. “La soluzione ideale è creare composti chimici che assorbano idrogeno, reagiscano con esso e poi lo rilascino (cambiando temperatura o pressione) quando necessario. Questa è la nostra scelta ed è quello che siamo riusciti a fare. Questa non è certamente la soluzione soluzione finale, ma abbiamo fatto progressi reali”. Esulta il chimico che ha appena pubblicato la sua scoperta Chimica della natura. Il materiale che il team è riuscito a produrre (diciamo fabbricazione perché il suddetto materiale non esiste in natura) è sotto forma di “Polvere bianca molto bella”Luce che riesce a galleggiare in una bottiglia quando viene agitata.

Altre due volte

Il suo vantaggio? Questa polvere può immagazzinare il doppio dell’idrogeno nei suoi pori molecolari rispetto alla tecnologia dell’idrogeno liquido e più di tre volte tanto rispetto alla tecnologia dell’idrogeno compresso. La “densità volumetrica” ​​dell'idrogeno (massa relativa al volume che occupa) è molto più elevata: 144 g per litro di poro di questo composto poroso, rispetto a 70 g/L e 40 g/L, rispettivamente.

La polvere è composta da molecole di tre elementi: magnesio (nella sua forma non metallica, vicina al sale) e boro (un minerale), a cui sono legati quattro atomi di idrogeno. Ma questa forma di boroidruro di magnesio è particolarmente porosa. Le molecole, infatti, sono organizzate in una rete contenente pori, o grossomodo, fori stabili che permettono a qualcosa dall'esterno di penetrare all'interno del materiale (qui viene immagazzinato l'idrogeno, che si attaccherà all'interno), come una spugna. L'idrogeno da immagazzinare (chiamato anche idrogeno molecolare) verrà assorbito in questi pori e poi si attaccherà alle pareti della molecola. “Ciò che è fondamentale e unico nella nostra ricerca e in questo materiale è che la superficie dei pori è costituita da atomi di idrogeno caricati negativamente. Si chiamano “idruri”. Esistono molti composti porosi ma quasi nessuno di essi contiene atomi di idruro sulla superficie dei pori. Siamo stati anche in grado di determinare che è l'idruro che trasporta l'idrogeno molecolare (da immagazzinare) che entra nei pori e apparentemente lo intrappola più efficacemente di altri materiali.“, spiega Yaroslav Velinchuk.

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Gli scienziati sono riusciti a visualizzare questo comportamento in dettaglio e quindi a dimostrarlo utilizzando una tecnologia avanzata (diffrazione di neutroni), per la quale hanno dovuto recarsi in centri speciali dotati di reattori nucleari negli Stati Uniti e in Germania. Le loro varie altre osservazioni hanno permesso loro anche di scoprire perché una grande quantità di idrogeno potrebbe “entrare” nei pori ed essere lì “immagazzinata” (o riempire i pori) con una densità così grande: mentre l'idrogeno (da immagazzinare) è solitamente organizzato in una forma sferica, è certamente qui che le molecole di idrogeno “cambiano forma” per diventare un “pallone da rugby” e rimangono attaccate, attaccate agli atomi di idruro nelle pareti. Una scoperta sorprendente perché questo cambiamento di forma avviene solitamente solo in condizioni estreme.

Questa ricerca è il risultato, secondo il professor Vilenchuk, di una serie di ““coincidenze” E in base a ““colpi fortunati”“Con pochissimo”“Intuizione” Ogni respiro: è”Fortunatamente” Durante la lavorazione in laboratorio non hanno cercato di creare nuovi materiali porosi oltre a quello pubblicato nel 2011.Quando abbiamo visto che era poroso, siamo rimasti sorpresi. Pensavamo che questo potesse avere applicazioni interessanti per assorbire le cose, ma non avevamo idea che potesse assorbire il doppio dell'idrogeno. Ce ne siamo resi conto solo 13 anni dopo, grazie alla profilazione avanzata. Questa proprietà unica di stoccaggio dell’idrogeno è davvero una sorpresa! Questo ci ha sorpreso tutti!

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Questo è solo il primo passo

In futuro la ricerca in questo particolare settore dovrà continuare, sempre ovviamente con l'obiettivo di un migliore stoccaggio dell'idrogeno, esorta Jaroslav Vilcuk. Esistono già materiali in grado di immagazzinare idrogeno (principalmente costituiti da leghe metalliche), ma alcuni sono meno efficienti. La cosa migliore è poter diversificare il più possibile per adattarsi a tutti i campi e a tutte le situazioni: stoccaggio di energia per automobili, camion e persino sottomarini, stoccaggio intermittente di energia rinnovabile… Invita quindi i suoi colleghi a sfruttare questa strada attraverso porosi materiali con una superficie idruro. “Esistono pochissimi materiali di questo tipo. Il primo è nostro! Abbiamo davvero bisogno di sviluppare questo tipo di ricerca sugli idruri; Passare alla progettazione, produzione e test collettivi. Questa traccia di idruri era stata finora lasciata sul ciglio della strada…”

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È certamente possibile utilizzare il suo materiale, ad esempio sotto forma di un serbatoio pieno di polvere per immagazzinare l'idrogeno. “Possiamo immagazzinarne una grande quantità, ma questo materiale potrebbe non essere il più pratico perché si decompone soprattutto a contatto con l'umidità dell'aria. Ma esiste un modo per riutilizzare questo blocco di idruro e modificare altri componenti. Questo è quello che voglio provare a fare adesso. La mia impressione è che possiamo trovare altri idruri porosi in grado di immagazzinare idrogeno in quantità maggiori e in condizioni umide. Avremmo quindi un modo per la società di immagazzinare l’idrogeno in modo efficiente. Sarebbe un grande cambiamento. Potremmo anche collocare questo composto all’interno di serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno, il che ridurrebbe la pressione necessaria. Sarà più denso e più sicuro. Quindi l’attuale composito non è la nostra ultima parola. “