Idrogeno: produrlo sarà più semplice. La scoperta degli scienziati italiani

Una ricerca italiana condotta da un’equipe formata da ricercatori di diversi istituti italiani, l’INFM-CNR, la SISSA, e l’Università di Trieste, hanno trovato una nuova strada per produrre idrogeno e ridurre l’immissione di sostanze inquinanti nell’aria. La ricerca, i cui risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Science, ha consentito agli esperti del nostro Paese di trovare il meccanismo con cui l’ossigeno viene immagazzinato e rilasciato dall’ossido di cerio, un catalizzatore direttamente coinvolto in reazioni chimiche fondamentali volte ad abbattere l’emissione di sostanze inquinanti e a migliorare l’efficienza energetica. Fra queste, la trasformazione d’inquinanti come il monossido di carbonio in anidride carbonica o la produzione d’idrogeno utilizzabile come vettore energetico per le celle a combustibile. Le implicazioni generali dello studio, inoltre, potrebbero aprire la strada alla produzione di nuovi catalizzatori impiegati nella fabbricazione di beni di largo consumo come materie plastiche, carburanti, fertilizzanti e farmaci.

La comprensione del meccanismo è stata possibile grazie allo studio della superficie dell’ossido di cerio, chiamato anche ceria.
"I sistemi che contengono questa sostanza permettono di immagazzinare e rilasciare ossigeno efficacemente. Ciò genera una notevole attività catalitica che facilita una serie di trasformazioni chimiche che avverrebbero normalmente a temperature e pressioni più elevate" dice Friedrich Esch del Laboratorio TASC dell’INFM-CNR, insediato nell’AREA Science Park di Trieste. "La produzione di catalizzatori più efficienti è quindi fondamentale per risparmiare energia, aumentare la sicurezza nei processi industriali e ridurre l’impatto ambientale".

Attualmente la maggior parte dei processi industriali utilizza catalizzatori eterogenei, cioè sistemi presenti in una fase solida, differente da quella gassosa dei reagenti: "Un tipico esempio è quello delle marmitte catalitiche nelle automobili, che sono dei solidi in grado di trasformare i gas di scarico della combustione in prodotti innocui" spiega Stefano Fabris della SISSA e dell'Unità DEMOCRITOS dell'INFM-CNR. Negli ultimi decenni la ricerca si è focalizzata sulla produzione d’energia da fonti alternative, la purificazione di gas inquinanti e lo stoccaggio energetico, che richiedono sistemi catalitici sempre più efficienti e puliti. "La progettazione e la realizzazione di questi catalizzatori è senz'altro un obiettivo prioritario e la ceria è tra i materiali che stanno ricevendo maggiore attenzione nei laboratori di ricerca più avanzati" aggiunge Paolo Fornasiero del Dipartimento di Scienze Chimiche dell'Università di Trieste e dell’INSTM.

L’equipe, formata da ricercatori di diversi istituti triestini quali l’INFM-CNR, la SISSA, e l’Università di Trieste, ha utilizzato due tecniche complementari: la "microscopia a effetto-tunnel", che permette di osservare sperimentalmente in grande dettaglio la struttura atomica delle superfici dei materiali, e la "simulazione numerica" che ne descrive la struttura elettronica dal punto di vista teorico grazie all’utilizzo di supercomputer paralleli. La simulazione teorica al calcolatore è stata fondamentale per interpretare le spettacolari immagini al microscopio degli atomi che costituiscono la superficie del catalizzatore.

La realizzazione di questo importante progetto scientifico è stata resa possibile dalle caratteristiche uniche di Trieste come centro di ricerca multidisciplinare. "Il capoluogo giuliano ha una tradizione di eccellenza nei settori della simulazione teorica e dell’analisi sperimentale dei materiali, nonché nella progettazione e sviluppo di catalizzatori a base d’ossido di cerio per applicazioni industriali", concludono Giovanni Comelli e Renzo Rosei del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trieste, che hanno coordinato il progetto.
(giornaletecnologico)