Ecco l’antidoto contro l’avvelenamento del catalizzatore nella fuel cell a idrogeno

Produzione di energia a partire dall'idrogeno: alla fine del ciclo si produce energia ed acqua pura. Imagecredit: Wikimedia Commons

Uno degli inconvenienti più critici delle pile a combustibile alimentate con idrogeno ottenuto dal processo di reforming, consiste nel cosiddetto avvelenamento del catalizzatore, una degradazione irreversibile di quest’ultimo causata dalle impurità di monossido di carbonio. Questa contaminazione gassosa è pressoché inevitabile quando l’idrogeno viene prodotto a partire dal petrolio. Anche se si sfruttasse un ingombrante equipaggiamento per la purificazione, necessario per evitare la presenza di monossido di carbonio, la complessità del sistema aumenterebbe al punto di provocare una parallela riduzione delle prestazioni.

I veicoli alimentati da celle a idrogeno promettono un rifornimento più veloce e una maggiore autonomia rispetto ai diversi metodi di alimentazione delle automobili elettriche, ma l’avvelenamento da monossido di carbonio (CO) rappresenta un serio problema. Almeno fino ad ora. Alcuni scienziati statunitensi e giapponesi sono riusciti a creare nuovi catalizzatori  a nanoparticelle che permettono alle celle a combustibile a idrogeno di resistere anche a concentrazioni di CO finora considerate proibitive.

Le fuel cells impiegano elettrocatalizzatori in platino per combinare l’idrogeno e l’ossigeno in modo da produrre acqua e generare elettricità.  Il team del Brookhaven National Lab di New York ha recentemente testato un  catalizzatore bimetallico di platino/rutenio che non risente dell’avvelenamento da CO, ma poiché questo catalizzatore è estremamente costoso, è stata esplorata una diversa alternativa.

Image credit: Journal of the American Chemical Society

Il nuovo catalizzatore è stato sviluppato dal Professor Héctor Abruña e colleghi presso la Cornell University, l’Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali di Ibaraki, in Giappone, e l’Università della Pennsylvania. Hanno iniziato con la consapevolezza che anche le leghe di tungsteno resistono alla  micidiale disattivazione causata da CO. Il tungsteno però non viene usato per gli elettrodi delle celle poiché è un pessimo conduttore elettrico, quindi Abruña e il suo team hanno accoppiato il tungsteno a nanoparticelle di biossido di titanio, le quali invece sono un buon conduttore elettrico. Il risultato consiste in uno strato di nanoparticelle di ossido di titanio  e tungsteno, che è stato ricoperto di platino per costruire il nuovo elettrodo.

I ricercatori hanno testato i loro catalizzatori a nanoparticelle con idrogeno contaminato dal 2% di monossido di carbonio, rilevando che le prestazioni si sono ridotte solo del cinque per cento, rispetto al 30% dei catalizzatori ordinari.

Abruña sostiene di non essere sicuro del meccanismo di azione del nuovo catalizzatore, per questo sono necessari molti altri test, ma pensa che un probabile meccanismo potrebbe dipendere dai gruppi ossidrili (OH), i quali si legano durante la reazione con l’ossido di titanio e tungsteno in prossimità del rivestimento di platino, e risultano sufficientemente vicini alle molecole di CO per reagire e formare CO2.

Se le prove successive dimostreranno l’efficacia e l’economicità del nuovo catalizzatore, questo provocherebbe una scintilla di rinnovato interesse  per l’utilizzo delle celle a idrogeno proveniente dal reforming (per quello elettrolitico questo problema non sussiste), superando in autonomia perfino le automobili alimentate dai combustibili tradizionali. Inoltre non è trascurabile che nel caso di uso del solo idrogeno, se si adottano particolari accorgimenti come l’utilizzo di fonti di idrogeno a rilascio controllato (quali gli idruri metallici), l‘idrogeno è perfino più sicuro della benzina.

Le sette sorelle sono avvisate!🙂

Il documento di ricerca è stato pubblicato nel Journal of American Chemical Society.

Ulteriori informazioni: Highly Stable and CO-Tolerant Pt/Ti0.7W0.3O2 Electrocatalyst for Proton-Exchange Membrane Fuel Cells, J. Am. Chem. Soc., Article ASAP, Publication Date (Web): July 12, 2010. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja102931d

Fonte: PhysOrg

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