Venerdì, 01 luglio 2022

Materiali per la fotoproduzione di idrogeno e riduzione della CO2

Tutte le novità sul Progetto Dipartimenti di Eccellenza - FLEXILAB

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Lo sfruttamento dei combustibili fossili ha avuto e continua ad avere ancora oggi effetti deleteri sul nostro ecosistema. Abbandonarli il più presto possibile in virtù di modi sempre più puliti di produrre energia sarebbe un ottimo modo per garantire un futuro sostenibile alla nostra civiltà. L'idrogeno rappresenta una delle soluzioni per arrivare alla decarbonizzazione del pianeta e trova applicazioni in tanti ambiti: nell’industria (come materia prima e produzione di energia), nei trasporti puliti, nel residenziale (energia, riscaldamento), nella generazione e nello stoccaggio di energia elettrica.

Uno dei cinque temi di ricerca affrontati dal Progetto FLEXILAB, Progetto "Dipartimenti di Eccellenza" 2018-2022 riguarda proprio la produzione pulita di idrogeno e la riduzione della CO2.

Intervistiamo il Prof. Norberto Manfredi, professore di Chimica Organica del Dipartimento di Scienza dei Materiali e work package leader di questa attività di ricerca, per capire quali sono le potenzialità dell’idrogeno e quali sono stati i risultati raggiunti durante il progetto.

Perché l’idrogeno è una fonte di energia pulita?

In verità l’idrogeno non è una fonte energetica ma un vettore energetico. L’idrogeno è, senza alcun dubbio, il combustibile principale per spingere la transizione energetica verso la decarbonizzazione. Infatti, la sua combustione genera unicamente vapore acqueo e può essere utilizzato per produrre importanti composti chimici dal recupero della CO2.Tuttavia, al momento più del 90% dell’idrogeno prodotto viene ottenuto per steam reforming del metano andando a produrre CO2 come sottoprodotto. Questo processo ha un impatto negativo sull’ambiente e, considerate le condizioni socio-politiche attuali, mette il nostro paese in una situazione complicata dovendo acquistare le materie prime per poi trasformarle senza nessun vantaggio per l’ambiente. L’idrogeno sarà un combustibile pulito solo quando sarà prodotto in maniera pulita, senza produzione di CO2.

Qual è l’obiettivo di questa linea di ricerca?

In accordo con quanto detto, obiettivo di questa parte di progetto è quello di progettare e realizzare materiali da impiegare in dispositivi per la produzione diretta di idrogeno da acqua e luce solare. Allo stesso modo, considerata la più diretta fruibilità dei combustibili a base di carbonio, verranno anche sviluppati materiali e dispositivi in grado di convertire la CO2 in combustibili (metano, metanolo) o prodotti chimici di interesse sintetico (monossido di carbonio, formaldeide, acido formico).

Quali sono i risultati ottenuti?

In questi anni le attività si sono sviluppate lungo tre filoni di ricerca tra loro interconnessi. Le attività hanno sviluppato materiali organici, materiali inorganici e la loro integrazione in dispositivi fotocatalitici o fotoelettrochimici per la produzione di idrogeno o solar fuels.

Nel campo dei materiali organici sono stati sviluppate quattro diverse serie di coloranti organici per la fotosintesi artificiale e sono stati studiati in processi di produzione fotocatalitica di idrogeno o fotoelettrochimica per la foto–ossidazione dell’acqua e foto-riduzione dei protoni a idrogeno e della CO2 a combustibili solari (metanolo, metano) e prodotti di interesse chimico (monossido di carbonio, formaldeide e acido formico).

Sono stati sviluppati approcci compatibili con i dettami della chimica verde per la preparazione di semiconduttori organici di tipo p per produzione di idrogeno per via fotocatalitica. Parallelamente, sono stati sviluppati composti strutturalmente correlati al derivato DMBI che potrebbero essere utilizzati per lo stoccaggio reattivo di idrogeno direttamente in dispersione acquosa.

Nel campo dei materiali inorganici sono stati preparati campioni in polvere di sistemi vetroceramici contenenti nanoparticelle di ossidi ad ampio gap. In particolare, è stato fatto un primo screening per testare le proprietà fotocatalitiche grazie a misure di degradazione di molecole organiche sotto irraggiamento UV e sono in fase di studio per la produzione di idrogeno.