La glicerina supera di gran lunga l'acqua nella produzione di idrogeno verde

Energia

Con informazioni da Agência Fapesp - 25/06/2025

L'ossidazione della glicerina avviene al fotoanodo di vanadato di bismuto (giallo), mentre l'idrogeno (bolle) viene generato all'altro elettrodo. [Immagine: CINE]

Celle fotoelettrochimiche

Ricercatori brasiliani hanno dimostrato che la sostituzione dell'acqua con la glicerina, un abbondante sottoprodotto della produzione di biodiesel, aumenta notevolmente l'efficienza delle celle fotoelettrochimiche , apparecchiature che utilizzano la luce solare come fonte di energia pulita e rinnovabile per generare idrogeno .

Nelle celle fotoelettrochimiche, la luce viene assorbita da materiali sensibili, innescando una serie di reazioni di ossidazione (perdita di elettroni) e riduzione (acquisto di elettroni) che alla fine scindono la molecola d'acqua in molecole di ossigeno e idrogeno.

Tuttavia, l'ossidazione dell'acqua è un processo lento e inefficiente, motivo per cui gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno cercando modi per superare questa limitazione all'efficienza di questi dispositivi che generano il cosiddetto idrogeno verde , o idrogeno solare , che è un combustibile pulito per eccellenza perché, una volta consumato, restituisce all'ambiente solo acqua.

Una di queste alternative prevede la sostituzione dell'acqua con altre molecole che si ossidano più facilmente dell'acqua e che generano correnti elettriche più elevate, rendendo la produzione di idrogeno più efficiente. L'idea è quella di utilizzare molecole organiche ottenute da fonti rinnovabili e sostenibili, come gli scarti di biomassa.

"Il processo di generazione dell'idrogeno richiede energia, che può provenire dalla rete elettrica, come nell'elettrolisi classica, o da altre fonti, come l'energia solare", spiega il professor Elton Sitta, dell'UFSCar (Università Federale di San Carlos) e ricercatore presso il CINE (Centro per l'Innovazione nelle Nuove Energie). "Nel nostro lavoro, abbiamo studiato molecole organiche che, una volta ossidate, possono fungere da fonti di elettroni e protoni per la generazione di idrogeno."

La glicerina (a destra) ha superato di gran lunga tutti i concorrenti. [Immagine: Cristian Hessel et al. - 10.1016/j.electacta.2024.145300]

Sostituti dell'acqua

Il team ha condotto esperimenti per confrontare l'ossidazione delle molecole di metanolo, glicole etilenico e glicerolo nei fotoanodi di vanadato di bismuto (BiVO ₄ ), un materiale considerato promettente per questo tipo di applicazione per via del suo buon assorbimento della luce, della bassa tossicità, del basso costo e della stabilità all'umidità e alla luce.

Il glicerolo ha mostrato la migliore attività nel generare elettroni per la produzione di idrogeno verde, a un livello diverse volte superiore a quello dell'acqua. E l'ossidazione genera, oltre agli elettroni, alcune sostanze che possono essere utilizzate come materie prime in vari settori industriali.

Inoltre, questa glicerina è una sostanza ampiamente disponibile in Brasile poiché è un sottoprodotto della produzione di biodiesel.

"Per la produzione su larga scala, ci sono delle sfide sia per l'ossidazione dell'acqua sia per l'uso di molecole organiche come fonte di elettroni, ma i materiali organici si sono dimostrati un'alternativa interessante per evitare la corrosione dei fotocatalizzatori e la possibilità di ottenere altri prodotti a valore aggiunto", ha affermato il professor Elton.

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