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Fotoelettrochimica solare: INCICO punta sull'idrogeno giallo
INCICO è una Società italiana con una storia di oltre 40 anni nei servizi di ingegneria impiantistica, che cerca di
portare un proprio contributo alla ricerca di soluzioni tecnologiche in risposta alle sfide che cambiamento climatico e green deal pongono alle economie industriali globali. Se da un lato l'idrogeno si è affermato in modo dominante nel dibattito mondiale quale vettore energetico del futuro, dall'altro è pure evidente la difficoltà che si incontra sul piano della sostenibilità economica delle relative tecnologie ad oggi mature e disponibili.
In questo senso resta quanto mai importante l'impegno da porre in ambito R&D per sviluppare proposte tecnologiche d'avanguardia, capaci di migliorare le performance del sistema, riducendo al tempo stesso i costi di produzione, pienamente in linea con gli indirizzi fondanti della rivoluzione verde.
La produzione di Idrogeno Giallo, ottenuto per utilizzo diretto della luce solare, senza passare dalla produzione separata di energia elettrica, costituisce uno degli scenari più promettenti e sfidanti del futuro.
Questo articolo è frutto della collaborazione in corso tra INCICO e il Dipartimento di Chimica dell'Università di Ferrara iniziata nel 2023 e tradottasi in un progetto di ricerca e sviluppo denominato SOLSTHYCE (SOLar STeady HYdrogen CEll) che rappresenta un passo importante per il progresso tecnologico negli impianti di produzione dell'idrogeno.
La cella fotoelettrochimica (PEC)
A metà degli anni '70, a seguito della prima grande crisi petrolifera globale indotta dall'OPEC, nasce la Fotoelettrochimica e con essa la prima Cella Fotoelettrochimica (PEC) [1].
L'obiettivo primario è la produzione di idrogeno e ossigeno partendo dall'acqua attraverso un processo chiamato water splitting [2] composto da 2 reazioni di ossido-riduzione:
- ossidazione all'anodo: 2H2O + 4H+ ? O2 + 4H+
- riduzione al catodo: 4H+ + 4e- ? 2H2
che avviene quando è applicata una tensione superiore a 1.23 V, pari al potenziale globale delle due reazioni.
È possibile sfruttare l'energia solare per convertirla prima in corrente elettrica e poi in energia chimica, sottoforma di combustibili solari, di cui l'idrogeno è l'esempio più significativo.
Il dispositivo in grado di realizzare tale processo è dunque la Cella Fotoelettrochimica costituita, nella sua configurazione
più semplice, da un elettrodo di lavoro (Working-Electrode WE) che funziona con luce solare, un controelettrodo (Counter-Electrode CE) cui viene trasferita la carica ed un elettrodo di riferimento (ReferenceElectrode RE) utilizzato per stabilire un potenziale controllato1, operanti all'interno di un elettrolita acquoso.
In generale, le reazioni di ossidazione avvengono su di un materiale semiconduttore e i processi di riduzione per lo sviluppo di idrogeno avvengono sulla superficie di un materiale catalitico, solitamente un metallo o un composto degli elementi di transizione2.
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portare un proprio contributo alla ricerca di soluzioni tecnologiche in risposta alle sfide che cambiamento climatico e green deal pongono alle economie industriali globali. Se da un lato l'idrogeno si è affermato in modo dominante nel dibattito mondiale quale vettore energetico del futuro, dall'altro è pure evidente la difficoltà che si incontra sul piano della sostenibilità economica delle relative tecnologie ad oggi mature e disponibili.
In questo senso resta quanto mai importante l'impegno da porre in ambito R&D per sviluppare proposte tecnologiche d'avanguardia, capaci di migliorare le performance del sistema, riducendo al tempo stesso i costi di produzione, pienamente in linea con gli indirizzi fondanti della rivoluzione verde.
La produzione di Idrogeno Giallo, ottenuto per utilizzo diretto della luce solare, senza passare dalla produzione separata di energia elettrica, costituisce uno degli scenari più promettenti e sfidanti del futuro.
Questo articolo è frutto della collaborazione in corso tra INCICO e il Dipartimento di Chimica dell'Università di Ferrara iniziata nel 2023 e tradottasi in un progetto di ricerca e sviluppo denominato SOLSTHYCE (SOLar STeady HYdrogen CEll) che rappresenta un passo importante per il progresso tecnologico negli impianti di produzione dell'idrogeno.
La cella fotoelettrochimica (PEC)
A metà degli anni '70, a seguito della prima grande crisi petrolifera globale indotta dall'OPEC, nasce la Fotoelettrochimica e con essa la prima Cella Fotoelettrochimica (PEC) [1].
L'obiettivo primario è la produzione di idrogeno e ossigeno partendo dall'acqua attraverso un processo chiamato water splitting [2] composto da 2 reazioni di ossido-riduzione:
- ossidazione all'anodo: 2H2O + 4H+ ? O2 + 4H+
- riduzione al catodo: 4H+ + 4e- ? 2H2
che avviene quando è applicata una tensione superiore a 1.23 V, pari al potenziale globale delle due reazioni.
È possibile sfruttare l'energia solare per convertirla prima in corrente elettrica e poi in energia chimica, sottoforma di combustibili solari, di cui l'idrogeno è l'esempio più significativo.
Il dispositivo in grado di realizzare tale processo è dunque la Cella Fotoelettrochimica costituita, nella sua configurazione
più semplice, da un elettrodo di lavoro (Working-Electrode WE) che funziona con luce solare, un controelettrodo (Counter-Electrode CE) cui viene trasferita la carica ed un elettrodo di riferimento (ReferenceElectrode RE) utilizzato per stabilire un potenziale controllato1, operanti all'interno di un elettrolita acquoso.
In generale, le reazioni di ossidazione avvengono su di un materiale semiconduttore e i processi di riduzione per lo sviluppo di idrogeno avvengono sulla superficie di un materiale catalitico, solitamente un metallo o un composto degli elementi di transizione2.
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Luca Finardi - AIDIC - Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
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La Termotecnica Febbraio 2025
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