Idrogeno verde: l'Università del Michigan ha sviluppato un pannello solare che imita la fotosintesi
di Giulia Favetti pubblicata il 10 Gennaio 2023, alle 14:10 nel canale Energie Rinnovabili
Un nuovo tipo di pannello solare, sviluppato presso l'Università del Michigan, ha raggiunto un'efficienza del 9% nella conversione dell'acqua in idrogeno e ossigeno, imitando un passaggio cruciale nella fotosintesi naturale
L'idrogeno verde è uno dei traguardi più importanti che la ricerca del settore sta cercando di raggiungere.
Al momento il primo elemento della tavola periodica ha un uso ancora limitato, principalmente è impiegato nell'industria chimica per la realizzazione di fertilizzanti, ma nel momento in cui fosse accessibile a prezzi contenuti e ottenuto tramite energia pulita, i suoi utilizzi potrebbero essere molto più numerosi.
Pochi giorni fa l'Università del Michigan ha pubblicato, su Nature, lo studio "Solar-to-hydrogen efficiency of more than 9% in photocatalytic water splitting" condividendo con la comunità scientifica i progressi ottenuti nello sviluppo di un pannello solare in grado di usare la luce e il calore dell'irraggiamento solare per produrre idrogeno, senza passare dall'elettrolisi.
I ricercatori hanno preso ispirazione della fotosintesi, processo che permette alle piante di assorbire la CO2 presente nell'atmosfera, scindendola in carbonio e ossigeno.
Allo stesso modo, il pannello scinde le molecola di acqua (H2O) in idrogeno e ossigeno.
Il nuovo prototipo messo a punto dell'istituto universitario americano, è in grado di resistere ad alte temperature e alla luce di "160 soli" ed è 10 volte più efficiente dei precedenti catalizzatori ad energia solare.
Per ottenere questo risultato il team di ricerca, utilizzando parte degli studi di Nirala Singh, assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria chimica della messaggistica unificata, del 2021, ha lavorato su due componenti chiave del pannello: il semiconduttore e il catalizzatore.
Il primo, la componente più costosa del dispositivo, oltre ad essere molto più piccolo e più resistente delle versioni precedenti, è in grado di autorigenerarsi.
In questo modo, secondo l'Università, il costo del prodotto finito, ovvero l'idrogeno, è molto più basso rispetto agli altri processi attualmente utilizzati.
"Abbiamo ridotto le dimensioni del semiconduttore di oltre 100 volte rispetto ad alcuni semiconduttori che funzionano solo a bassa intensità luminosa", ha affermato Peng Zhou, ricercatore di U-M in ingegneria elettrica e informatica e primo autore dello studio. "In questo modo l'idrogeno prodotto dalla nostra tecnologia potrebbe essere molto più economico."
Il secondo, il catalizzatore, è stato perfezionato in modo da poter sfruttare due fasce dello spettro solare contemporaneamente, ossia quella con la parte energetica più alta, per dividere l'acqua, e quella inferiore per ottenere il calore necessario alla reazione. Inoltre, è in grado di auto-migliorarsi man mano che viene utilizzato.
La nuova versione di questo componente è in grado sia gestire intensità luminose molto forti, sia di sopportare temperature estremamente elevate, che, oltre a velocizzare il processo di scissione dell'acqua, mantengono divisi idrogeno e ossigeno.
In questo modo il team ha raggiunto il 9% di efficienza col proprio prototipo.
Durante i test in ambiente esterno, Zhou ha installato una lente delle dimensioni di una finestra di casa per focalizzare la luce solare su una cella sperimentale di pochi centimetri di diametro.
Al suo interno, il catalizzatore semiconduttore era ricoperto da uno sottile strato d'acqua che ha iniziato a gorgogliare quando i gas (idrogeno e ossigeno) hanno cominciato a scindersi.
Il catalizzatore è composto da nanostrutture in nitruro di indio-gallio, depositate su una superficie di silicio. Questo wafer di semiconduttori cattura la luce e la converte in elettroni liberi e lacune - "buchi" carichi positivamente che rimangono quando gli elettroni vengono liberati dalla luce. Le nanostrutture sono costellate di sferette di metallo nanoscopiche, di 1/2000esimo di millimetro di diametro, che usano tali elettroni e lacune come supporto per dirigere la reazione.
Un semplice strato isolante in cima al pannello ne mantiene la temperatura a 75 gradi Celsius, abbastanza calda da favorire la reazione e abbastanza fredda da consentire al catalizzatore semiconduttore di funzionare bene.
La sperimentazione all'aperto, con luce solare e temperatura meno affidabili, ha raggiunto un'efficienza del 6,1% nel trasformare l'energia del sole in combustibile a idrogeno.
Al chiuso, in un ambiente controllato, il sistema ha raggiunto un'efficienza del 9%.
Le prossime sfide che il team intende affrontare sono l'ulteriore miglioramento dell'efficienza e l'ottenimento di idrogeno ad altissima purezza che possa essere immesso direttamente in celle a combustibile, creando una linea diretta fra produzione e utilizzo.
Recensione MacBook Pro 16'' M4 Pro: potenza ed efficienza al top 
OPPO Find X8 Pro: potenza e innovazione al servizio della fotografia 
Sony A1 II, tempo di aggiornamenti per l’ammiraglia
La Cina mostra i progressi delle tecnologie per le missioni con equipaggio verso la Luna
La lista completa delle offerte di hardware per il Black Friday: NVIDIA GeForce, AMD Radeon, monitor e tutto quello che serve
NARWAL Freo Z Ultra è un nuovo robot per le pulizie completo e potente (12000 Pa), a soli 799€ per il Black Friday
10 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - infoLa lacuna è semplicemente il concetto complementare come carica all'elettrone generato dai droganti n, detto il altre parole si fa finta che ci sia una carica + che si sposta e ricombina, data dai droganti p per considerarla in maniera speculare alle cariche - cioè gli elettroni.
La lacuna è semplicemente il concetto complementare come carica all'elettrone generato dai droganti n, detto il altre parole si fa finta che ci sia una carica + che si sposta e ricombina, data dai droganti p per considerarla in maniera speculare alle cariche - cioè gli elettroni.
Lo segnalo al collega che mi ha aiutato a tradurre quel particolare punto!
La lacuna è semplicemente il concetto complementare come carica all'elettrone generato dai droganti n, detto il altre parole si fa finta che ci sia una carica + che si sposta e ricombina, data dai droganti p per considerarla in maniera speculare alle cariche - cioè gli elettroni.
Ciao, mi sono occupato io di tradurre dall'originale quello specifico punto. Il concetto di "lacuna" mi è noto e, se guardi, è stato usato proprio questo specifico termine per rendere "hole". Il termine "buco" è stato usato specificamente con delle virgolette proprio perché improprio, ma utile a rendere l'idea di lacuna. Non siamo una testata che si occupa specificamente di fisica dei materiali, né diretta a un pubblico altamente specialistico; i concetti vanno resi fruibili anche a chi non ha competenze di fisica e questo impone di fare delle semplificazioni. Il problema è sempre quello di bilanciare l'accessibilità dei contenuti con la correttezza; in questo caso si è scelto di usare il termine formalmente corretto ("lacune"
Spero che questa spiegazione aiuti a comprendere le scelte (e, spesso, le difficoltà
Il punto è che sono termini usati con un'accezione tecnica e cambiare la parola fa decadere il concetto tecnico: per essere chiari in un articolo inglese non si sognerebbero di scrivere pit per veicolare il concetto di hole in solid state physic appunto per la ragione che è un termine tecnico definito. È un po' come il discorso di voltaggio al posto di tensione (perché viene male tradotto dall'inglese) e amperaggio al posto di corrente che sono anche quello concettualmente errati come termini tecnici in italiano.
In bocca al lupo e grazie per la considerazione
Il punto è che sono termini usati con un'accezione tecnica e cambiare la parola fa decadere il concetto tecnico: per essere chiari in un articolo inglese non si sognerebbero di scrivere pit per veicolare il concetto di hole in solid state physic appunto per la ragione che è un termine tecnico definito. È un po' come il discorso di voltaggio al posto di tensione (perché viene male tradotto dall'inglese) e amperaggio al posto di corrente che sono anche quello concettualmente errati come termini tecnici in italiano.
In bocca al lupo e grazie per la considerazione
Capisco il tuo punto di vista, ma non posso che rimarcare il fatto che il termine corretto è stato usato. C'è scritto così:
Non capisco, dunque, il problema: non è stato cambiato niente, è stata aggiunta una spiegazione del termine tecnico che fosse comprensibile ai più.
Faccio presente inoltre che il pezzo in inglese usato come fonte usa "gap" per spiegare in altri termini il significato di "lacuna", che è traducibile appunto come "buco" o "vuoto". Avremmo potuto usare altri sinonimi, ma la tua posizione mi pare critica proprio verso l'uso di qualunque sinonimo, cosa che non ha molto senso nel momento in cui si vuole spiegare un concetto che non è noto al lettore (come posso spiegare il significato di una parola se non posso ricorrere ad altre parole che sono note al lettore?).
"Voltaggio" e "amperaggio" sono in uso in italiano ormai da più di un secolo e non sono frutto di un prestito dall'inglese, bensì dal francese (rispettivamente da "voltage" e "amperage"
Volt e ampere sono unità di misura in italiano, utilizzarli in senso lato è improprio quanto parlare di chilometraggio invece di distanza.
Volt e ampere sono unità di misura in italiano, utilizzarli in senso lato è improprio quanto parlare di chilometraggio invece di distanza.
Puoi anche dubitare, ma basta aprire il link che ho fornito sopra per rendersi conto che è stato usato proprio come sinonimo per dare un'immagine più familiare al lettore: That semiconductor wafer captures the light, converting it into free electrons and holes—positively charged gaps left behind when electrons are liberated by the light.
Non rispondi poi ai punti più importanti (il fatto che il termine corretto è stato usato, il fatto che è impossibile spiegare un concetto senza ricorrere ad altri concetti simili) e ripeti sempre le stesse cose. Mi sembra confermato quanto dicevo: secondo te non si possono spiegare i concetti usando altre parole, il che rende impossibile spiegarli. Non la prendo come una critica, semplicemente come una tua rigidità estrema riguardo la terminologia che, però, non ha (e non può avere) un riscontro nella lingua per come questa funziona. E non ho bisogno di interpellare un professore universitario per saperlo. Caso chiuso!
Devi effettuare il login per poter commentare
Se non sei ancora registrato, puoi farlo attraverso questo form.
Se sei già registrato e loggato nel sito, puoi inserire il tuo commento.
Si tenga presente quanto letto nel regolamento, nel rispetto del "quieto vivere".