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Mobilità: Così verranno ridotti notevolmente i costi delle auto a idrogeno

    Plasmare il platino in forma di nanofili con superfici irregolari dentellate può ridurre di 50 volte la quantità di questo metallo prezioso impiegata nei catalizzatoricatalizzatori
    Sostanze che intervengono durante le reazioni chimiche per favorire la selettività verso un prodotto piuttosto che un altro oppure per velocizzare i tempi. I catalizzatori prendono parte alle reazioni e si ritrovano poi inalterati alla fine del processo, anche se nel corso del tempo diminuiscono la loro efficienza.
    delle celle a combustibile a idrogenoidrogeno
    Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell’acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l’idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell’idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell’aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).
    , rendendo più semplice ed economica l’applicazione di questa tecnologia per gli autoveicoli. È quanto scoperto da un gruppo di ricerca internazionale, costituito da: Istituto di chimica dei composti organometallici del Consiglio nazionale delle ricerche di Pisa (Iccom-Cnr), University of California di Los Angeles (Usa), California Insitute of Technology (Usa), Tsinghua University (Cina), Accademia delle scienze Cinese (Cina), California State University (Usa), Northeastern University (Usa) e Lawrence Berkley National Laboratory (Usa). I risultati del lavoro sono pubblicati sulla rivista Science.

    “Il metodo mostra come, plasmando il platino in forma di fili di dimensioni nanometriche con struttura irregolare dentellata, si creano nuovi tipi di siti catalitici altamente attivi, che riducono le barriere di energiaenergia
    Fisicamente parlando, l’energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L’unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
    che devono essere superate nelle reazioni elettrochimiche di riduzione dell’ossigeno, accelerandole e aumentando così l’efficienza catalitica”, afferma Alessandro Fortunelli dell’Iccom-Cnr di Pisa, coautore dello studio. “Questo, assieme alla dimensione nanometrica dei fili, che presentano più atomi di platino in superficie anziché all’interno della struttura, fa sì che la quantità di questo metallo prezioso e raro, necessaria per realizzare una cella a idrogeno, si riduca di 50 volte rispetto ai catalizzatori attuali. In questo modo si abbattono molto i costi e in linea di principio, vista l’abbondanza naturale di platino, diventa più fattibile la diffusione a livello globale di celle a idrogeno”.

    Le celle a idrogeno sono dispositivi in cui si realizza la reazione controllata di idrogeno e ossigeno per produrre elettricità, generando solo acqua pura come sottoprodotto. “Si tratta di una delle tecnologie più attraenti per risolvere il problema del trasporto su autoveicoli, evitando l’uso dei combustibili di origine fossile come la benzina e quindi l’emissioneemissione
    Qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa introdotta nell’atmosfera a seguito di processi naturali o antropogenici, che produce direttamente o indirettamente un impatto sull’ambiente.
    nell’atmosferaatmosfera
    Involucro di gas e vapori che circonda la Terra, costituito prevalentemente da ossigeno e da azoto, che svolge un ruolo fondamentale per la vita delle specie, perché fa da schermo alle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole. Essa si estende per oltre 1000 km al di sopra della superficie terrestre ed è suddivisa in diversi strati: troposfera (fino a 15-20 chilometri), stratosfera (fino a 50-60 chilometri), ionosfera (fino a 800 chilometri) ed esosfera.
    di prodotti della combustionecombustione
    Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l’ossigeno presente nell’aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
    quali anidride carbonica, responsabili di inquinamento e riscaldamento globale”, prosegue il ricercatore dell’Iccom-Cnr. “Le celle a idrogeno per funzionare hanno bisogno di catalizzatori, cioè di sostanze che accelerano le reazioni elettrochimiche, così da produrre l’energia necessaria con potenzapotenza
    Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
    sufficiente”.

    Al momento i catalizzatori a base di platino sono gli unici che raggiungono efficienze vicine a quelle richieste, ma la quantità di metallo utilizzato è talmente elevata da renderne troppo costosa la diffusione. “Inoltre, usando la tecnologia attualmente disponibile, il platino, pur abbondante in natura, non è sufficiente a consentire la realizzazione delle marmitte catalitiche a idrogeno che sarebbero necessarie. Le principali industrie automobilistiche investono circa duecento milioni di euro all’anno in ricerca per sviluppare veicoli di questo tipo, e uno dei pochi problemi chiave da risolvere è appunto lo sviluppo di catalizzatori più efficienti. In tale contesto, il nostro lavoro è un esempio di come ricerche a livello fondamentale, che come risultato immediato consentono una comprensione microscopica dei processi, permettano poi rilevanti progressi nel campo delle nanotecnologie, con effetti benefici per l’ambiente e la società in generale”, conclude Fortunelli.

    Lo studio è stato finanziato dal Dipartimento dell’Energia (DoE) e dalla National Science Foundation (Nsf) americani, ma le sue basi teoriche sono riportate in uno studio precedente, realizzato in collaborazione con alcuni degli attuali co-autori e reso possibile da una Short-Term Mobility del Cnr. 

     

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