Articoli con tag idrogeno

Biomimesi: produrre idrogeno ispirandosi alla struttura delle ali di farfalla

Biomimesi delle nanostrutture presenti sulle ali delle farfalle per la realizzazione di collettori solari fotocatalitici a base di biossido di titanio (fonte: American Chemical Society)

Le ali delle farfalle sono tra le strutture più delicate presenti in natura, ma hanno anche proprietà strutturali così sofisticate da ispirare lo sviluppo di una nuova tecnologia per produrre gas idrogeno a partire da acqua e luce solare. La ricerca è condotta dalla università cinese Shanghai Jiao Tong University, e promette di sviluppare un dispositivo in grado di raddoppiare la produzione di idrogeno rispetto a quelli attualmente disponibili. Per realizzarlo, i ricercatori, coordinati dal Prof. Tongxiang Fan, hanno preso a modello due specie di farfalle dalle ali prevalentemente nere, la Troides Aeacus e la Papilio Helenus Linnaeus, conosciuta anche come Red Helen.

È noto che la produzione di idrogeno gassoso a partire dalla luce solare e dall’acqua è possibile attraverso dispositivi con proprietà fotocatalitiche, i quali utilizzano la luce per attivare materiali catalizzatori in grado di scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno. La chiave per rendere questa tecnologia più applicabile, secondo il team di Fan, è lo sviluppo di collettori solari in grado di immagazzinare energia e mantenere stabili le caratteristiche termodinamiche del processo fotocatalitico. L’idea di ispirarsi alle ali nere della farfalla nasce proprio dall’osservazione della loro funzione di collettore solare naturale: è proprio grazie alle ali, infatti, che le farfalle che riescono a sopravvivere anche quando fa freddo, dato che esse non possono generare abbastanza calore dal loro metabolismo. Studiando nei dettagli le piccole scaglie presenti sulle ali nere delle farfalle, i ricercatori della Shanghai Jiao Tong University hanno sviluppato collettori solari che raccolgono l’energia solare da utilizzare successivamente nella fotocatalisi. L’architettura delle scaglie, rilevata al microscopio elettronico, mostra come queste siano disposte sulle ali in modo simile alle tegole sul tetto di una casa. In pratica, le micro-scaglie formano dei rilievi e presentano dei fori molto piccoli su entrambi i lati, con un’apertura sullo strato sottostante. La presenza di questi rilievi, secondo i ricercatori, ha un duplice effetto: permette alla luce diretta, caratterizzata da basse lunghezze d’onda, di incanalarsi nei fori e raggiungere gli strati sottostanti, ma consente anche di sfruttare le componenti della luce caratterizzate da lunghezze d’onda maggiori, le quali possono essere assorbite dalle pareti a tunnel presenti nelle micro-scaglie.
Per imitare al meglio queste strutture, i ricercatori hanno pensato di utilizzare il biossido di titanio, uno dei materiali fotocatalitici più noti. I dispositivi realizzati contengono biossido di titanio e nanoparticelle di platino, e possono funzionare sia come collettori solari che come fotocatalizzatori. In questo modo, secondo il team guidato da Fan, è teoricamente possibile raddoppiare la produzione di idrogeno rispetto ai comuni dispositivi. Il gruppo di ricerca sta attualmente concentrando i propri studi sulle diverse architetture gerarchiche presenti in natura, in modo da trarne fonte di ispirazione per lo sviluppo di nuove nanostrutture fotocatalitiche.

Fonte: ScienceDaily

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La foglia artificiale che produce idrogeno direttamente dal sole

Dispositivo Artificial Leaf (UJI)

È allo studio una particolare forma di foglia artificiale, in grado di produrre idrogeno dall’acqua con il solo impiego della luce solare. Il gruppo di ricerca Photovoltaic and Optoelectronic Devices della università spagnola Universitad Jaume I (UJI), guidato dal professor Juan Bisquert, ha infatti messo a punto un dispositivo con materiali semiconduttori nanostrutturati, capace di generare idrogeno dall’acqua in maniera indipendente e utilizzando esclusivamente la luce solare.
Questa tecnologia, che è stata ribattezzata fotosintesi artificiale, si ispira direttamente alla fotosintesi naturale, ovvero al processo con il quale le piante utilizzano la luce solare per trasformare materiale organico in altri composti organici, liberando l’energia chimica immagazzinata nei legami della molecola adenosina trifosfato, ATP, e ottenendo composti energetici come zuccheri o carboidrati.
Secondo gli scienziati, la produzione efficiente di idrogeno utilizzando materiali semiconduttori e luce solare rappresenta un grosso passo in avanti per riuscire a soddisfare le esigenze energetiche del 21° secolo. Attualmente l’efficienza energetica del prototipo non è ancora sufficientemente grande per prenderne in considerazione la commercializzazione, ma i ricercatori della UJI stanno esplorando vari modi per migliorare i rendimenti di conversione e dimostrare così la realizzabilità del dispositivo su larga scala.
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H2Roma 2010: Premio “Energia e Mobilità”

Si è concluso da pochi giorni, l’appuntamento annuale con H2Roma, l’Energy & Mobility Show, giunto alla sua nona edizione.

L’evento si propone come un grande contenitore che offre la possibilità al pubblico di conoscere più da vicino le tecnologie che da oggi al 2020 cambieranno l’auto, oltre ad essere anche un punto di incontro tra gli addetti ai lavori con convegni e dibattiti. Da una parte ci sono i promotori, con il CIRPS, il Centro Interuniversitario di Ricerca e Sviluppo sostenibile della Sapienza, Università di Roma, l’ITAE-CNR, l’Istituto delle Tecnologie Avanzate per l’Energia del Consiglio Nazionale delle Ricerche, e l’ENEA, l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile. Dall’altra parte ci sono le case automobilistiche, la cui parte nello sviluppo di tecnologie che renderanno la mobilità più compatibile con l’ambiente non si ferma al lancio di nuovi prodotti, ma va ben oltre, riguardando il controllo della ecosostenibilità della intera filiera, fino allo smaltimento delle batterie.

Locandina della nona edizione di H2Roma, all’Eur dal 9 all’11 novembre, che ha avuto per tema “Il percorso del futuro: da oggi al 2020, dieci anni che cambieranno l’auto”.

Tra i vari eventi che si sono svolti nel corso di H2Roma troviamo la seconda edizione del premio “Energia e Mobilità”, indetto dal comitato scientifico di H2Roma, ideato e sviluppato per contribuire alla diffusione della cultura dell’innovazione tecnologica nel campo delle energie rinnovabili e dell’automotive.

Grande attenzione ha suscitato la premiazione riservata a singoli ricercatori o gruppi universitari, nonché Centri di ricerca e sviluppo pubblici e privati, con progetti inerenti ad energia e mobilità.

La prima pubblicazione premiata, di Ivan Arsie, Gianfranco Rizzo e Marco Sorrentino, del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Salerno, si colloca nel contesto dei veicoli ibridi ed in particolare sviluppa la tematica dell’applicazione dell’energia solare: “Gli effetti dei transitori termici in un motore a combustione nella gestione energetica di veicoli ibridi-serie“. Il documento si concentra sullo studio degli effetti termici transitori, associati all’uso intermittente del motore a combustione interna, sul risparmio di carburante e sulle emissioni di idrocarburi dei veicoli ibridi serie, con particolare attenzione rivolta a quelli che utilizzano energia solare. L’utilizzo intermittente del motore a combustione interna induce degli effetti dinamici sia nel motore che nel catalizzatore, determinando quindi una variazione di consumi ed emissioni rispetto alle condizioni di funzionamento in regime stazionario. La gestione ottimale del motore a combustione interna, durante un ciclo di guida arbitrario, può essere individuata risolvendo un problema di ottimizzazione vincolata. Tra le variabili decisionali vi sono, per ogni fase di accensione del motore a combustione interna, l’istante di avviamento, la durata del periodo di accensione e la potenza erogata. Nel caso di funzionamento intermittente è quindi importante tener conto dell’effetto che i transitori termici hanno su consumi ed emissioni, e che sono trascurati nella maggior parte degli studi riguardanti i veicoli ibridi. Il lavoro premiato rappresenta un passo in avanti verso lo sviluppo di strategie ottimali per la gestione energetica dei veicoli.

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In Norvegia debutta la cella a combustibile economica alimentata a diesel

Prototipi di SAFC realizzati da SAFCell

Prototipi di celle a combustibile SAFC realizzati da SAFCell (Credits: SAFCell)

L’azienda norvegese Nordic Power System sta sviluppando un generatore diesel particolarmente efficiente e silenzioso, il quale utilizza un nuovo tipo di celle a combustibile per produrre energia elettrica. Per la costruzione del proprio generatore l’azienda ha testato e impiegato con successo una cella a combustibile da 250 W di tipo SAFC (Solid Acid Fuel Cell) prodotta da SAFCell, uno spin-off del Caltech (California Institute of Technology). Le due aziende attualmente stanno lavorando per realizzare insieme un sistema da 1,2 kW, che potrebbe essere utilizzato su larga scala per la cogenerazione domestica ed industriale.

I primi prototipi di celle a combustibile di tipo SAFC sono stati sviluppati circa dieci anni fa: si tratta di una tecnologia ancora in fase di sviluppo, ma che potrebbe in breve tempo diventare una realtà commerciale nel campo della produzione di energia elettrica, in quanto si tratta di dispositivi di costruzione semplice e i cui componenti essenziali (ad esempio gli elettrodi) posso essere realizzati a partire da materiali relativamente economici. Tra i fattori che limitano ancora l’impiego delle Fuel Cell, rendendole di fatto convenienti sono per applicazioni di nicchia (come ad esempio i gruppi di continuità), vi sono, infatti, il loro costo elevato e la difficoltà di reperire o produrre idrogeno con sufficiente grado di purezza.

I nuovi generatori elettrici sviluppati da Nordic Power System producono l’idrogeno gassoso direttamente dal diesel attraverso un processo di steam reforming: il combustibile viene riscaldato, ma non bruciato, e successivamente mescolato con aria e vapor d’acqua, in modo da produrre idrogeno utilizzabile direttamente nella cella a combustibile senza ulteriori processi di purificazione. Le SAFC infatti riescono a  tollerare un notevole grado di impurità nell’idrogeno, e in particolare non risentono della presenza degli elevati tenori di monossido di carbonio tipicamente prodotti dal reforming del diesel, risultando quindi ideali per questo tipo di generatore.

Le SAFC contengono al loro interno acidi solidi (es. CsHSO4), una classe di materiali scoperta nei primi anni ’80 e in grado di condurre gli ioni idrogeno (ovvero i protoni), caratteristica che ne rende teoricamente possibile l’impiego nelle celle a combustibile. Gli acidi solidi, tuttavia, fino a poco tempo fa erano ritenuti inutilizzabili nelle Fuel Cell a causa della loro tendenza a dissolversi nell’acqua, naturale prodotto di reazione tra l’idrogeno e l’ossigeno presenti all’interno del dispositivo. Gli scienziati della Caltech hanno trovato recentemente una soluzione molto semplice ed efficace a questo problema, che consiste nel far lavorare la SAFC ad una temperatura di esercizio non eccessivamente elevata, ma abbastanza alta da trasformare l’acqua in vapore (250°C), il quale non è in grado di dissolvere gli acidi solidi.

L’impiego di queste celle a combustibile potrebbe quindi risolvere un problema cruciale per la diffusione delle Fuel Cell, ovvero la richiesta di alte temperature di esercizio in presenza di impurità dell’idrogeno. Per esempio le Fuel Cell di tipo PEM (Polymer Electrolyte Membrane), già utilizzate nell’industria automotive, e convenienti per le basse temperature impiegate (circa 90°C), risultano molto sensibili alla presenza di impurità nell’idrogeno gassoso, il che ne rende impossibile il funzionamento con idrogeno prodotto direttamente per reforming dal gas naturale o da altri  combustibili come appunto il diesel, senza ulteriori costosi processi di purificazione. In virtù delle basse temperature impiegate, le SAFC risultano inoltre più economiche anche delle celle a combustibile di tipo SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), le quali vengono utilizzate con successo in applicazioni stazionare di grande potenza perché possono tollerare un elevato livello di impurezza dell’idrogeno, ma che operano a 800-1000°C e richiedono quindi l’impiego di materiali costosi, idonei a resistere a queste temperature.

Le Fuel Cell di tipo SAFC, una volta entrate nella fase di commercializzazione, grazie alle economie di scala e all’ottimizzazione di nuovi catalizzatori a basso impiego di platino, potrebbero diventare competitive con numerose altre tecnologie per la produzione energetica. Gli scienziati che studiano questa tecnologia ritengono che essa possa, in tempi rapidi, addirittura arrivare a sostituire le turbine attualmente utilizzate nelle centrali elettriche ad alta efficienza.

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Nanoparticelle in lega di platino per migliorare l’efficienza delle celle a combustibile

Fonte: www.technologyreview.com

Nanoparticelle in lega rame-platino

Nanoparticelle in lega rame-platino

In futuro nelle celle a combustibile potrebbe essere impiegato un nuovo tipo di catalizzatore, che utilizza solo un quinto del platino richiesto attualmente.

Il nuovo materiale, sviluppato dai ricercatori della Università di Huston, della Technical University di Berlino e del Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory di Menlo Park, California, è infatti costituito da nanoparticelle  con un nucleo di lega rame-platino e un guscio esterno di platino. Questo catalizzatore, inoltre,  a causa della ridotta distanza tra gli atomi di platino presenti sulla sua superficie, presenta  un’efficienza fino a cinque volte superiore a quella delle nanoparticelle in platino puro.

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Nanocristalli producono idrogeno utilizzando i rumori ambientali

Fonte: Rinnovabili.it

Il piezoelettrico ancora una volta al servizio della ricerca energetica. Scienziati statunitensi mettono a punto un processo per utilizzare i rumori ambientali nella sintesi di idrogeno

[..] Se la tecnologia per sfruttare il vettore energetico idrogeno può contare su risultati consolidati, diverso è però il discorso per quella produttiva. Il processo di sintesi richiede energia e come ottenerla senza che la produzione del vettore abbia costi energetici maggiori rispetto a quelli riottenibili è ovviamente la questione principe. Molte delle indagini stanno vertendo sulle rinnovabili per trasformare l’idrogeno in una sorta di sistema di stoccaggio dell’energia. In questo filone di indagine rientra anche il lavoro condotto dall’University of Wisconsin-Madison, scopritore di un nuovo processo per idrolizzare i legami chimici delle molecole d’acqua impiegando rumori ambientali. Gli scienziati hanno coltivato dei nanocristalli di ossido di zinco e titanato di bario. Posti in acqua hanno poi stimolato le molecole con vibrazioni ultrasoniche, accorgendosi che le strutture nanoscopiche si flettevano fungendo da catalizzatori per la reazione di rottura delle molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno. Finora i ricercatori hanno raggiunto un’efficienza del 18 per cento con i nanocristalli, una percentuale più alta rispetto alle altre fonti energetiche sperimentali. Huifang Xu, capo progetto, ha spiegato: “Poichè siamo in grado di regolare le dimensioni delle fibre e delle piastre, possiamo utilizzare anche piccole quantità di rumore – come una vibrazione o l’acqua che scorre – per piegare i nano dispositivi”. [..]

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Diamante, la centrale a impatto zero

Fonte: Corriere.it

L’impianto-scultura creato da Enel e Università di Pisa non emette emissioni inquinanti.
Progettata con tecnologie solari e all’idrogeno da sabato illuminerà il parco naturale di Pratolino (Firenze)

Fonte: Marco Gasperetti (Corriere.it)


Diamante - Enel, Università di Pisa

FIRENZE – Il fascino leonardesco dell’uomo

vitruviano ti avvolge appena ti avvicini alla centrale. Tanto bella quanto atipica perché mix tra opera d’arte e sistema energetico, che da sabato “illuminerà” i viali del parco naturale di Pratolino, nel comune di Vaglia, non lontano da Firenze e la statua del Gigante dell’Appennino, capolavoro del

Giambologna, che in questi luoghi troneggia. continua a leggere…

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