Del ricercatore che lavora dal 2007 sul processo di fotocatalisi dell’acqua abbiamo già avuto modo di parlare. Lui è Daniel Nocera, professore del Massachusetts Istitute Technology di Boston, e ormai da quattro anni sta studiando la fotocatalisi dell’acqua per la produzione di idrogeno. Nello specifico, l’obiettivo di Nocera è la creazione di un dispositivo che sia in grado di convertire in modo diretto la luce del sole in un combustibile chimico ad alta energia, da immagazzinare e utilizzare al bisogno.
Il risultato degli anni di lavoro è la cosiddetta “foglia artificiale”, la prima cella solare in grado di scindere direttamente le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno. Nocera, che nel frattempo ha fondato la società Sun Catalytix per commercializzare le sue invenzioni, ha descritto i progressi più recenti della ricerca nell’ultimo numero della rivista Science, dove spiega nel dettaglio il funzionamento dell’innovativa tecnologia.
In pratica, la “foglia artificiale” è una cella solare in silicio con diversi materiali catalitici fissati su due lati della struttura che, per funzionare non necessita di cavi o circuiti di controllo esterno. Collocato in un contenitore di acqua ed esposto alla luce del sole, il dispositivo comincia a generare flussi di bolle di ossigeno da una parte e bolle di idrogeno dall’altra. Se il contenitore è dotato di una barriera per separare le parti, i due flussi di bolle possono essere raccolti e conservati, e utilizzata in seguito per fornire energia, ad esempio collegandovi una cella a combustibile..
Il dispositivo di Nocera ha l’altro grande vantaggio di essere costruito impiegando materiali poco costosi, sicuri e abbondanti in natura, come di silicio, cobalto e nickel. La foglia artificiale è costituita da un foglio sottile di silicio semiconduttore legato da un lato a uno strato di un catalizzatore a base di cobalto – scoperto da Nocera e i suoi co-autori nel 2008 – che rilascia l’ossigeno. L’altro lato è rivestito da uno strato di nichel-molibdeno – lega di zinco che libera idrogeno.
Il nuovo dispositivo non è ancora pronto per la produzione commerciale dal momento che i correlati sistemi di raccolta e stoccaggio dei gas devono ancora essere sviluppati.
Intanto Nocera e il suo team continuano la loro ricerca cercando il modo di migliorare l’efficienza del sistema e, allo stesso tempo, di rendere i costi sempre più bassi. Allo stato attuale, la foglia può reindirizzare circa il 2,5% dell’energia della luce solare nella produzione di idrogeno. Nella variante dotata di fili per collegare i catalizzatori alla cella solare, invece, il sistema ha raggiunto il 4,7% di efficienza. Un’altra linea di ricerca sta infine esplorando l’utilizzo di materiali fotovoltaici diversi dal silicio, come l’ossido di ferro, come opzione per ridurre ulteriormente i costi di produzione. “C’è ancora molto lavoro da fare, – ha affermato Nocera – ma si tratta di un passo avanti. Stiamo andando nella giusta direzione”.
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