Un team di ricercatori cinesi ha sviluppato un nuovo sistema fotocatalitico in grado di produrre idrogeno “on demand”, sfruttando l’energia solare accumulata per operare anche in assenza di luce. La scoperta, pubblicata sulla rivista scientifica Advanced Materials, risolve due ostacoli storici della filiera dell’idrogeno: la discontinuità della fonte solare e la pericolosità legata allo stoccaggio del gas.
Il sistema si basa su una sospensione liquida che combina due materiali chiave: un semiconduttore a base di nitruro di carbonio, che assorbe la luce, e un composto a base di tungsteno (poliossometalato), che agisce come una sorta di batteria chimica per immagazzinare l’energia.
Durante la fase di esposizione alla luce, il nitruro di carbonio cattura i fotoni e genera elettroni. Questi vengono trasferiti e conservati all’interno del composto di tungsteno. Tale processo di accumulo è visibile a occhio nudo: la soluzione liquida cambia colore, passando da giallo pallido a un blu intenso, a testimonianza della carica immagazzinata.
Una volta accumulata, l’energia può essere conservata fino al momento del bisogno. La produzione di idrogeno viene avviata aggiungendo un catalizzatore alla soluzione, senza la necessità di ulteriore irraggiamento solare o di alimentazione elettrica esterna. Il sistema rilascia in modo controllato gli elettroni precedentemente stoccati per generare il gas.
I dati sperimentali hanno mostrato prestazioni notevoli. In condizioni di buio, il sistema ha raggiunto una velocità di produzione di idrogeno di 3.220 µmol g⁻¹h⁻¹, un valore significativamente superiore rispetto ad altri prototipi simili descritti in letteratura. Sotto la luce solare naturale, la produzione si è attestata invece su 954 µmol g⁻¹h⁻¹.
L’efficienza di questa architettura deriva dalla perfetta compatibilità chimica ed energetica tra i due componenti. Le loro cariche superficiali opposte favoriscono un auto-assemblaggio che crea un contatto stretto, generando un campo elettrico interno. Questo campo accelera il trasferimento degli elettroni dal semiconduttore alla “batteria chimica”, ottimizzando sia la fase di accumulo sia quella di rilascio.
Questa tecnologia risponde a due delle maggiori criticità dell’economia dell’idrogeno. In primo luogo, elimina la necessità di stoccare il gas in serbatoi ad alta pressione, riducendo drasticamente i rischi associati al trasporto e alla manipolazione, poiché l’idrogeno viene prodotto solo quando serve.
In secondo luogo, svincola la produzione dalla presenza istantanea del sole. L’energia può essere raccolta durante le ore diurne o in aree molto soleggiate per essere poi utilizzata in un secondo momento, anche di notte o in contesti con carenza di luce.
Il principio di funzionamento ricorda quello della fotosintesi naturale, che separa le reazioni dipendenti dalla luce da quelle che avvengono al buio. Il sistema trasforma l’energia solare in una riserva chimica, pronta per essere usata su richiesta. Secondo gli autori, questa soluzione semplice e scalabile potrebbe rappresentare un cambio di paradigma per la logistica e la produzione di idrogeno pulito.
