Tracce di ferro per catalizzare una reazione con grandi prospettive

La pila a combustibile è un generatore elettrochimico in cui entrano un combustibile come l’idrogeno e un ossidante come l’ossigeno e da cui si ricavano corrente elettrica continua, acqua e calore. In particolare, verso la fine del XX secolo si è rapidamente sviluppato il progetto di un’automobile a idrogeno, che usa l’idrogeno come combustibile in particolari celle o pile, che generano tensione elettrica capaci di muovere un qualsiasi motore elettrico.

Lo sviluppo di infrastrutture completamente nuove per trasportare, immagazzinare e distribuire il carburante è, tuttavia, molto costoso e problematico.

Attualmente lo stoccaggio dell’idrogeno richiede o temperature molto basse o pressioni particolarmente elevate il che comporta alti costi e rischi per la sicurezza . L’idrogeno, presentato come un’alternativa alla benzina, presenta lo svantaggio di essere poco sicuro per essere presente a bordo di un veicolo. Sono stati sperimentati serbatoi di accumulo di capacità diversa al fine di valutare le prestazioni del sistema in termini di capacità di accumulo, cinetica di adsorbimento e desorbimento di idrogeno. La tecnologia di accumulo è un tema di vasto interesse nell’economia dell’idrogeno e un metodo per immagazzinare idrogeno è rappresentato dall’accumulo in stato solido di idruri metallici. Esistono infatti diversi metalli che permettono di assorbire in modo reversibile una significativa quantità di idrogeno in fase gassosa dando origine a idruri. Il fenomeno è reversibile, cioè la carica e la scarica dell’idrogeno nel sistema di accumulo possono essere ottenute mediante cicli di pressione e/o temperatura.

Secondo lo scienziato Leo Bendersky ricercatore del N.I.S.T. la combinazione di magnesio leggero con tracce di ferro potrebbe costituire un’elegante soluzione al problema: la lega magnesio ferro è in grado di assorbire e rilasciare idrogeno e i suoi grani possono costituire il serbatoio di carburante per i veicoli a idrogeno.

Grani di polvere, costituiti da magnesio drogato con ferro, possono essere saturati da idrogeno entro 60 secondi, e possono farlo alla temperatura di 150 °C e a una pressione relativamente bassa che sono fattori chiave per la sicurezza nei veicoli.

Da tempo si sapeva che il magnesio puro è un eccellente materiale di stoccaggio dell’idrogeno essendo in grado di reagire con esso dando idruro di magnesio la cui formazione, tuttavia costituisce un ostacolo alla penetrazione dell’idrogeno, bloccando di fatto la reazione. Quindi , solo ad alti valori di temperatura e pressione si possono immagazzinare quantità di idrogeno sufficienti ad alimentare un’automobile consentendole un’adeguata autonomia.

Un materiale, per essere utilizzato dovrebbe contenere almeno il 6%  del suo peso in idrogeno, e consentire un “pieno” nello stesso tempo richiesto per riempire di benzina il serbatoio di un veicolo.

La squadra del N.I.S.T. ha sperimentato il drogaggio del magnesio con altri metalli e, in particolare, sfruttando l’immiscibilità del magnesio  con i metalli di transizione e utilizzando le più avanzate tecnologie, è giunta alla conclusione che capillari di ferro, inseriti in cristalli di magnesio permettevano all’idrogeno di penetrare rapidamente: il ferro funge da canale per il trasporto di idrogeno e il magnesio da accumulatore.

Le particelle di magnesio puro, infatti, possono infatti assorbire limitate quantità di idrogeno  sulle loro superfici esterne e il processo è lento. Drogando il magnesio con capillari di ferro la reazione Mg + H2 = MgH2       avviene in tempi rapidi: l’idrogeno attraverso i capillari di ferro penetra all’interno e pertanto la reazione non è più limitata alle zone superficiali.

Secondo quanto asserisce il team tale materiale è in grado di immagazzinare fino al 7% del suo peso di idrogeno. Il passo successivo è quello di ottimizzare questo sistema e poi esplorare le potenzialità di altri metalli di transizione con il magnesio: si rende infatti necessario il controllo della microstruttura al fine di determinare la quantità minima di metalli che possono essere inseriti i quali appesantiscono la struttura il che diminuisce la densità complessiva dell’idrogeno.

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Author: Chimicamo

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