Secondo un gruppo di ricercatori dell'Università della Pennsylvania, la forza del sole, del vento e del mare potrebbe presto unirsi per produrre idrogeno ecologico. Il team ha integrato la tecnologia di purificazione dell'acqua in un nuovo progetto sperimentale elettrolizzatore di acqua di mare, che utilizza una corrente elettrica per separare l'idrogeno e l'ossigeno nelle molecole d'acqua.
Secondo Bruce Logan, professore di ingegneria ambientale alla Kappa e professore alla Evan Pugh University, questo nuovo metodo di "scissione dell'acqua di mare" potrebbe facilitare la conversione dell'energia eolica e solare in combustibili immagazzinabili e portatili.
"L'idrogeno è un ottimo combustibile, ma devi procurartelo", ha detto Logan. - L'unico modo sostenibile per farlo è utilizzare energia rinnovabile e produrla dall'acqua. Devi anche usare acqua che le persone non vogliono usare per altri scopi, e quella sarebbe acqua di mare. Quindi il Santo Graal della produzione di idrogeno doveva combinare l'acqua di mare, il vento e l'energia solare che si trovano negli ambienti costieri e marini".
Nonostante l'abbondanza di acqua di mare, di solito non viene utilizzata per la separazione dell'acqua. Se l'acqua non viene desalinizzata prima di essere immessa nell'elettrolizzatore - un passaggio aggiuntivo costoso - gli ioni di cloro nell'acqua di mare si trasformano in gas di cloro tossico, che distrugge l'apparecchiatura e si disperde nell'ambiente.
Per evitare ciò, i ricercatori hanno inserito una sottile membrana semipermeabile originariamente progettata per purificare l'acqua nel trattamento dell'osmosi inversa (RO). La membrana ad osmosi inversa ha sostituito la membrana a scambio ionico comunemente utilizzata negli elettrolizzatori.
"L'idea alla base dell'osmosi inversa è che si esercita una pressione molto alta sull'acqua, spingendola attraverso la membrana e mantenendo dietro gli ioni di cloro", ha detto Logan.
Nell'elettrolizzatore, l'acqua di mare non spingerà più attraverso la membrana ad osmosi inversa, ma verrà trattenuta da essa. La membrana viene utilizzata per separare le reazioni che si verificano vicino a due elettrodi sommersi - un anodo caricato positivamente e un catodo caricato negativamente - collegati a una fonte di alimentazione esterna. Quando l'alimentazione viene attivata, le molecole d'acqua iniziano a dividersi all'anodo, rilasciando minuscoli ioni di idrogeno chiamati protoni e formando ossigeno gassoso. I protoni quindi passano attraverso la membrana e si combinano con gli elettroni al catodo per formare idrogeno gassoso.
Con una membrana ad osmosi inversa installata, l'acqua di mare rimane sul lato del catodo e gli ioni di cloro sono troppo grandi per passare attraverso la membrana e raggiungere l'anodo, impedendo la formazione di cloro gassoso.
Ma nella scissione dell'acqua, come ha sottolineato Logan, altri sali vengono deliberatamente disciolti nell'acqua per renderla conduttiva. La membrana a scambio ionico, che filtra gli ioni per carica elettrica, permette agli ioni salini di attraversarla. Non esiste una membrana ad osmosi inversa.
Poiché il movimento degli ioni più grandi è limitato dalla membrana RO, i ricercatori dovevano verificare se i minuscoli protoni che si muovono attraverso i pori fossero sufficienti a mantenere un'elevata corrente elettrica.
In una serie di esperimenti, i ricercatori hanno testato due membrane ad osmosi inversa disponibili in commercio e due membrane a scambio cationico, un tipo di membrana a scambio ionico che consente il movimento di tutti gli ioni caricati positivamente nel sistema. Ciascuno di essi è stato testato per la resistenza della membrana al movimento degli ioni. È stata inoltre calcolata la quantità di energia necessaria per completare le reazioni, è stata monitorata la formazione di idrogeno e ossigeno gassosi, è stata analizzata l'interazione con gli ioni cloro e il danneggiamento della membrana.
I ricercatori hanno recentemente ricevuto una sovvenzione di $ 300 dalla National Science Foundation (NSF) per continuare la ricerca sull'elettrolisi dell'acqua di mare. Logan spera che la loro ricerca svolga un ruolo cruciale nella riduzione delle emissioni di anidride carbonica in tutto il mondo.
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