Negli ultimi anni, la ricerca scientifica si è concentrata sullo sviluppo di tecnologie sostenibili e rispettose dell’ambiente, in particolare nel settore dell’energia. Le celle a combustibile rappresentano una delle soluzioni più promettenti per la produzione di energia pulita, ma il loro utilizzo su larga scala è stato ostacolato dai costi elevati dei materiali utilizzati, in particolare il platino. Tuttavia, un recente studio condotto dall’Università di Buffalo potrebbe rappresentare una svolta significativa in questo campo.
La sfida dell’efficienza e della durabilità
I ricercatori hanno lavorato per anni alla ricerca di alternative economiche al platino e ad altri metalli preziosi per l’uso nelle celle a combustibile. L’attenzione si è concentrata su varie combinazioni di tre materiali facilmente reperibili e meno costosi: ferro, azoto e carbonio. Tuttavia, il percorso è stato difficile, poiché trovare un equilibrio tra durabilità ed efficienza in questi catalizzatori a base di ferro-azoto-carbonio si è rivelato complicato. Sebbene sia stato possibile realizzare catalizzatori duraturi o ad alte prestazioni, ottenere entrambe le caratteristiche contemporaneamente rimane una sfida significativa.
Un approccio innovativo nella fabbricazione dei catalizzatori
Il nuovo studio, guidato dall’Università di Buffalo, ha affrontato questa limitazione durante un processo di fabbricazione chiamato pirolisi, che implica l’uso di temperature estremamente elevate per combinare i materiali. Durante la pirolisi, i ricercatori hanno legato quattro atomi di azoto al ferro in una camera ad alta temperatura. Successivamente, hanno incorporato questo materiale in alcuni strati di grafene, una forma di carbonio resistente, leggera e flessibile. Solitamente, questo processo avviene all’interno di una camera contenente un gas inerte, come l’argon. Tuttavia, questa volta i ricercatori hanno introdotto idrogeno nella camera per creare una miscela di 90% argon e 10% idrogeno.
Un passo avanti verso la riduzione dei costi
Il risultato di questo processo è stato un catalizzatore che si avvicina alle prestazioni del platino, suggerendo un passo importante verso l’obiettivo di rendere la tecnologia delle celle a combustibile una fonte di elettricità priva di inquinamento per auto, camion, treni, aerei e altri veicoli pesanti.
Un catalizzatore più forte ed efficace
Grazie all’aggiunta di idrogeno nel processo di fabbricazione, i ricercatori sono stati in grado di controllare più precisamente la composizione del catalizzatore. In particolare, sono riusciti a posizionare due diversi composti di ferro-azoto-carbonio (uno contenente 10 atomi di carbonio, l’altro 12 atomi di carbonio) in posizioni che supportano la durabilità e l’efficienza. Il catalizzatore risultante ha raggiunto prestazioni iniziali delle celle a combustibile ben oltre l’obiettivo del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per il 2025. Si è inoltre dimostrato più duraturo rispetto alla maggior parte dei catalizzatori a base di ferro-azoto-carbonio, avvicinandosi a un tipico catodo a basso contenuto di platino utilizzato per le celle a combustibile.
Collaborazione internazionale e supporto istituzionale
Oltre all’Università di Buffalo, il team di ricerca collaborativo ha incluso membri di diverse organizzazioni, tra cui il Laboratorio Nazionale di Argonne, l’Università di Indiana-Purdue a Indianapolis, l’Istituto Nazionale di Ricerca Scientifica di Vareness in Quebec, il Laboratorio Nazionale di Oak Ridge, l’Università Statale dell’Oregon, l’Università di Pittsburgh e l’Università della Carolina del Sud. Lo studio è stato supportato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
In conclusione, questo studio rappresenta un passo avanti significativo nella ricerca di soluzioni sostenibili per la produzione di energia. La possibilità di utilizzare materiali meno costosi e più facilmente disponibili per la fabbricazione di catalizzatori efficienti e duraturi potrebbe finalmente rendere le celle a combustibile una realtà accessibile e diffusa, contribuendo così alla riduzione dell’impatto ambientale e alla lotta contro il cambiamento climatico.
