Nella società moderna, tecnologicamente sviluppata, l’energia elettrica è una fonte energetica secondaria indispensabile.
Ampiamente utilizzata sia dalle industrie sia dal settore residenziale, l’energia elettrica garantisce efficienza dei cicli produttivi e confort domestico.
Per la produzione di energia elettrica, oltre ai combustibili fossili, considerati vettori energetici primari, hanno un ruolo da protagonista anche le fonti energetiche rinnovabili come il fotovoltaico, l’eolico, l’idroelettrico e la geotermia.
Per affrontare la transizione energetica, che permetterà di ottenere la de-carbonizzazione entro il 2050, sarà necessario sviluppare un nuovo modello energetico.
I combustibili fossili, per decenni considerati vettori energetici primari fondamentali per la produzione di energia elettrica, dovranno essere progressivamente sostituiti con le fonti energetiche rinnovabili e con i vettori energetici alternativi.
Le fonti energetiche rinnovabili, seppur non soggette a esaurimento, siano caratterizzate da un rendimento che può variare in funzione delle condizioni atmosferiche.
I sistemi di storage, realizzati con accumulatori agli Ioni di Litio, permettono di stoccare l’energia prodotta dagli impianti rinnovabili e renderla disponibile in periodi di produzione insufficiente, o con fabbisogno superiore alla produzione.
L’Elettrocatalisi è un processo elettro-chimico che prevede l’utilizzo di elettrodi, realizzati con opportuni materiali o sostanze chimiche, che consentono di aumentare la velocità delle reazioni elettro-chimiche.
Fondamentale nella tecnologia associata alle batterie agli ioni di Litio, sia per migliorarne il rendimento sia per garantire processi di riciclo green del metallo alcalino, il processo elettro-chimico è in grado di rendere più efficiente anche il funzionamento delle celle a combustibile a Idrogeno.
Energia ed Elettrocatalisi, un binomio green:
Attraverso l’utilizzo di elettrodi, realizzati con opportuni materiali, l’Elettrocatalisi è un processo elettro-chimico che consente di aumentare la velocità delle reazioni elettro-chimiche.
Alla base dell’elettrocatalisi ci sono i principi della catalisi che permettono, attraverso l’utilizzo di catalizzatori, l’accelerazione di una reazione chimica.
Nelle reazioni elettro-chimiche i catalizzatori, indicati come elettro-catalizzatori, svolgono un ruolo fondamentale per accelerare le reazioni di ossidoriduzione.
Caratterizzate dal trasferimento di elettroni tra due specie chimiche, le reazioni di ossidoriduzione sono indicate anche come reazioni redox.
Durante le reazioni redox, mentre una specie chimica subisce la reazione di ossidazione, perdendo elettroni, l’altra specie subisce la riduzione acquista elettroni.
Durante un processo di ossidazione, gli elettroni sono rimossi da una specie chimica. Ciò comporta l’incremento dello stato di ossidazione della specie coinvolta.
Nel processo di riduzione gli elettroni sono aggiunti a una specie chimica, causando una riduzione dello stato di ossidazione.
L’elettro-catalizzatore, secondo le esigenze, può essere progettato per accelerare uno o entrambi i processi.
Questo fenomeno è di fondamentale importanza in contesti come la produzione di energia, la produzione d’idrogeno e la tecnologia delle batterie.
Efficienza in più settori:
L’Elettrocatalisi è un processo elettro-chimico molto utilizzato, sia per la produzione di energia elettrica attraverso le celle a combustibile a Idrogeno, sia per incrementare le prestazioni degli accumulatori elettrici.
Gli elettro-catalizzatori, presenti nelle celle a combustibile a Idrogeno, hanno il compito di favorire la reazione di ossidazione dell’Idrogeno e la conseguente riduzione dell’Ossigeno, per generare energia elettrica.
Generalmente, nelle celle a combustibile a Idrogeno, sono impiegati elettro-catalizzatori realizzati in Platino.
Il processo elettro-chimico, attraverso la separazione della molecola di acqua in Idrogeno e Ossigeno, permette la produzione green del vettore energetico.
Nella tecnologia associata agli accumulatori elettrici, in particolar modo per le batterie agli ioni di Litio, l’Elettrocatalisi permette sia d’incrementare l’efficienza delle reazioni di carica e scarica degli accumulatori. Sia di realizzare processi a basso impatto ambientale, per il riciclo del materiale alcalino contenuto negli accumulatori esausti.
Materiali idonei per ottimi risultati:
La scelta dei materiali, con i quali realizzare un elettro-catalizzatore, è fondamentale per aumentare l’efficienza delle reazioni elettro-chimiche.
Il Platino è stato considerato a lungo il catalizzatore di riferimento, nelle applicazioni elettrochimiche.
Tuttavia, la sua disponibilità limitata e il costo elevato lo rendono poco idoneo per un utilizzo su larga scala.
Pertanto, la ricerca si è concentrata sull’identificazione e l’utilizzo di materiali alternativi più abbondanti ed economici.
Tra questi materiali emergenti ci sono le nanoparticelle di nichel, cobalto, ferro e materiali a base di carbonio come il grafene.
Studiati per le loro proprietà catalitiche e la loro resistenza all’ossidazione, questi materiali sono essenziali per garantire efficienza delle reazioni elettro-chimiche.
In grado di aumentare notevolmente l’efficienza dell’elettro-catalizzatore, garantendo una maggiore area superficiale, i nano-materiali sono una risorsa fondamentale per creare elettro-catalizzatori più efficienti.
Tra presente e futuro:
L’elettrocatalisi è un campo di ricerca di grande rilevanza nell’ambito scientifico e tecnologico.
Le sue applicazioni nell’ambito dell’energia green, della produzione d’idrogeno e della tecnologia delle batterie, stanno rapidamente ridimensionando sia il modo in cui saranno affrontate le sfide globali come il cambiamento climatico, sia la crescente domanda di energia sostenibile.
Per migliorare l’efficienza delle reazioni elettro-chimiche, fondamentali sia per la produzione dell’energia elettrica attraverso l’utilizzo dell’Idrogeno sia per incrementare l’efficienza degli accumulatori e per permettere un riciclo più green, l’elettrocatalisi è un processo elettro-chimico indispensabile.
L’uso di materiali avanzati e la progettazione intelligente degli elettrocatalizzatori, sono fondamentali per migliorare le prestazioni e ridurre i costi, gettando le basi per un futuro più sostenibile.
Gianni Truini
