Come sostituire i metalli nobili negli elettrolizzatori? Intervista a Simona Barison, CNR
LA TRANSIZIONE E LA “FAME” DI MATERIE PRIME CRITICHE
Un tema sempre più strategico per la transizione energetica è quello dei materiali. Bisogna puntare su rinnovabili, idrogeno ed elettrificazione spinta. Tutto ciò si traduce in “fame” di materie prime definite critiche, costose e introvabili. Le alternative ci sono ma bisogna testarle. Compito della ricerca è quello di capire se e come possano essere implementate nelle tecnologie già esistenti. Nel quadro di Mission Innovation, i dipartimenti di Scienze chimiche e tecnologie dei materiali (DSCTM), Scienze fisiche e tecnologie della materia (DSFTM) e di Ingegneria, Ict e tecnologie per l’energia e i trasporti (DIITET) del Cnr sono impegnati, principalmente, nella ricerca e sviluppo di materiali e dispositivi per il fotovoltaico e per la realizzazione di elettrolizzatori. Ricerche che potranno affinarsi anche grazie all’utilizzo dell’intelligenza artificiale. Ce ne parla Simona Barison, dell’Istituto di chimica della materia condensata e di tecnologie per l’energia.
“Si sta investendo molto sullo sviluppo degli elettrolizzatori per utilizzare l’energia da fonti rinnovabili, tipicamente discontinue e non programmabili, e stoccarla come idrogeno – ci spiega – Le nostre ricerche si differenziano in base alle applicazioni. Ci sono elettrolizzatori a base polimerica utilizzati con temperature più basse. O a base ceramica per le temperature più alte, ad esempio per il solare a concentrazione. Il Cnr si concentrerà sia sulla sperimentazione di materiali più efficienti, sia sullo sviluppo di processi più veloci e sostenibili per la produzione di materiali e prototipi”.
“Anche sul fotovoltaico studieremo nuovi materiali foto-attivi più efficienti – aggiunge – Oltre a nuove possibili architetture che prevedano, ad esempio, abbinamenti con l’accumulo. Un altro campo di ricerca riguarda lo sviluppo di soluzioni che favoriscano la building integration. Quindi materiali trasparenti o opachi che possano essere integrati nelle facciate degli edifici”.
LE ALTERNATIVE AI METALLI NOBILI
In entrambi i campi si adoperano elementi considerati critici. “Negli elettrolizzatori per basse temperature, molti dei catalizzatori sono metalli nobili. Metalli come il platino, palladio e l’iridio che potrebbero essere parzialmente o totalmente sostituiti da altri più diffusi come il manganese e il ferro, mantenendo la stessa attività e stabilità. Un esempio potrebbe essere dato dall’uso del solfuro di ferro che è un elemento molto meno costoso e più sostenibile a livello europeo”. Per avere un’idea dei diversi ordini di costo basta dare un’occhiata alle diverse quotazioni. Nel momento in cui scriviamo abbiamo platino e iridio che si attestano sui 35 e i 125 dollari al grammo. Il ferro è invece quotato 0,14 dollari al chilo. Nel campo del fotovoltaico, l’obiettivo è quello di sostituire sostanze tossiche e difficilmente smaltibili come gli arseniuri.
“Trovare alternative altrettanto efficienti non è semplice – aggiunge la Barison – Nel caso degli elettrolizzatori, ad esempio, i metalli nobili accelerano le reazioni alla base della scomposizione dell’acqua in ossigeno e idrogeno. In questo, sono metalli più veloci, che garantiscono produzioni di idrogeno più elevate. Oltre a cercare di sostituirli, puntiamo anche a minimizzarne l’utilizzo”. Come? “Con la nano-strutturazione. Sviluppare materiali nano-metrici significa disperdere in maniera efficiente il metallo nobile in modo che ce ne sia il minor contenuto possibile. Dobbiamo arrivare alle stesse efficienze con soluzioni più sostenibili sia dal punto di vista economico che ambientale”.
Il progetto di Mission Innovation prevede, parallelamente, lo sviluppo di una infrastruttura computazionale da parte di Enea e Iit e si baserà sul supercomputer Enea CRESCO6. A cosa serve? I diversi istituti Cnr daranno in pasto al supercomputer i risultati delle loro sperimentazioni e l’intelligenza artificiale, incrociando queste informazioni, potrà dare indicazioni su come migliorare le ricerche e sui materiali più promettenti. “Quello è lo scopo – conclude la ricercatrice Cnr – Grazie al lavoro sperimentale si crea un database che viene analizzato e interpretato dall’intelligenza artificiale che ci può indicare su quali materiali indirizzare le future sperimentazioni”.