Gli scienziati in India trasformano la luce solare in carburante: la tecnologia dell'idrogeno verde potrebbe alimentare case e automobili

Nuova Delhi: In uno sviluppo che potrebbe far avanzare significativamente le ambizioni dell'India in materia di idrogeno verde, gli scienziati del Centre for Nano and Soft Matter Sciences (CeNS) di Bengaluru hanno progettato e testato un dispositivo di nuova generazione che produce idrogeno verde scindendo direttamente le molecole d'acqua utilizzando la luce solare e materiali abbondanti sulla Terra. A differenza del metodo convenzionale, in cui i pannelli solari generano elettricità che alimenta un elettrolizzatore per scindere l'acqua, questo nuovo sistema utilizza un processo fotoelettrochimico diretto (PEC). In questo caso, la luce solare stessa innesca la reazione di scissione dell'acqua, eliminando la necessità di un alimentatore esterno o di un backup basato su combustibili fossili. Questo rende il processo più semplice, più efficiente e potenzialmente più economico. La ricerca, guidata dal Dr. Ashutosh K. Singh e dal suo team presso il CeNS, un istituto autonomo del Dipartimento di Scienza e Tecnologia (DST), si concentra sulla costruzione di un sistema sostenibile e scalabile per la generazione di idrogeno verde. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Journal of Materials Chemistry A dalla Royal Society of Chemistry. Al centro dell'innovazione c'è un nuovo fotoanodo a base di silicio caratterizzato da un'architettura a eterogiunzione nip. Questa include strati di biossido di titanio di tipo n (TiO₂), silicio intrinseco (Si) e ossido di nichel di tipo p (NiO). La struttura migliora l'assorbimento della luce, la separazione delle cariche e garantisce un trasporto efficiente delle cariche, fondamentale per la conversione diretta da energia solare a idrogeno. I materiali sono stati depositati utilizzando lo sputtering magnetron, una tecnica a film sottile su scala commerciale nota per la sua stratificazione di precisione e la stabilità strutturale. Il dispositivo ha funzionato in condizioni di elettrolita alcalino e ha mantenuto l'integrità strutturale per lunghe ore di utilizzo. Il prototipo ha raggiunto una fototensione superficiale di 600 millivolt e un basso potenziale di innesco di 0,11 volt rispetto all'elettrodo a idrogeno reversibile (VRHE), indicando un'elevata efficienza fotoelettrochimica e una bassa soglia energetica. Ha funzionato ininterrottamente per oltre 10 ore sotto irraggiamento solare simulato, con un calo delle prestazioni di solo il 4%. "L'eterostruttura è stata progettata specificamente per massimizzare l'efficienza del PEC mantenendo la stabilità a lungo termine", ha affermato il Dott. Singh. "Questo ci avvicina alla realizzazione di sistemi a idrogeno pratici e privi di combustibili fossili". Per dimostrare la scalabilità, il team ha testato un fotoanodo da 25 cm², che ha funzionato efficacemente in condizioni di scissione dell'acqua solare. Questo ampliamento di scala promette di passare dalle applicazioni di laboratorio a quelle pilota e potenzialmente alla produzione commerciale di idrogeno. Il design del dispositivo evita catalizzatori a base di terre rare o ad alto costo, non richiede alta pressione o temperatura ed è compatibile con diverse composizioni chimiche delle batterie agli ioni di litio per l'integrazione di sistemi di accumulo rinnovabili, rendendolo flessibile ed economicamente sostenibile. L'innovazione supporta gli obiettivi di energia pulita dell'India nell'ambito della National Green Hydrogen Mission e di Aatmanirbhar Bharat. Producendo idrogeno verde direttamente dalla luce solare, senza dover ricorrere all'elettricità o a materiali importati, il dispositivo contribuisce all'autosufficienza energetica e a combustibili alternativi a zero emissioni di carbonio per la mobilità, la produzione di energia e l'industria. Secondo il DST, tali innovazioni possono accelerare la leadership dell'India nella tecnologia dell'idrogeno solare e contribuire alla costruzione di hub dell'idrogeno decentralizzati con ecosistemi energetici localizzati. Il team del CeNS sta esplorando ulteriori percorsi di ampliamento, partnership industriali e integrazione nelle infrastrutture dell'idrogeno esistenti. Prevedono inoltre di testare il dispositivo in diverse condizioni climatiche per valutarne le prestazioni a lungo termine sul campo in tutta l'India. In caso di successo, la tecnologia potrebbe contribuire alla costruzione di sistemi energetici rinnovabili 24 ore su 24, soprattutto nei settori in cui l'elettrificazione diretta è difficile, offrendo una nuova strada verso un idrogeno verde locale e accessibile su larga scala.

applicazioni sul campo a lungo termine.