Cos'è la divisione dell'acqua?

La scissione dell'acqua è il processo di rompere il composto chimico dell'acqua nei suoi elementi costituenti di idrogeno e ossigeno.Esistono molti approcci alla scissione dell'acqua, i più comuni sono l'elettrolisi, in cui una corrente elettrica viene passata attraverso l'acqua per produrre idrogeno e ioni di ossigeno.Sebbene molti metodi di scissione dell'acqua non siano efficienti dal punto di vista energetico in termini di energia necessaria per separare l'idrogeno e l'ossigeno dall'acqua rispetto all'energia che può essere derivata in seguito dall'idrogeno puro per il carburante, il processo è comunque visto come una potenziale alternativa alla sostituzione di Adipendenza dai combustibili fossili.Le applicazioni che utilizzano energia solare e nuovi catalizzatori chimici per dividere l'acqua offrono un metodo promettente per produrre guadagni di energia netta rinnovabile senza produrre emissioni di gas serra o altri inquinanti nel processo.

Spalazione di acqua fotocatalitica usando l'energia della luce o usando altre fonti di energia rinnovabilecome l'energia eolica, ora vengono impiegati per generare corrente elettrica in nuove forme di elettrolisi.L'obiettivo è quello di creare un sistema di divisione dell'acqua che è interamente alimentato da fonti di energia rinnovabile, come la luce solare, rendendo la produzione di idrogeno competitiva contro i combustibili fossili.La sfida nel processo è stata quella di sviluppare elettrodi realizzati con materiali economici e durevoli.È stato scoperto che i composti borati di cobalto e nichel offrono una maggiore efficienza e sono economici e facili da fabbricare.Sebbene questi nuovi composti di elettrodi siano sicuri nei sistemi di produzione di combustibili solari commerciali, non possono ancora competere con l'efficienza dei metodi di elettrolisi industriale che utilizzano composti alcali pericolosi come soluzioni di elettroliti.

Meccanismi di divisione dell'acqua che offrono la promessa in termini di guadagno energeticosi basano sul processo di fotosintesi che le piante usano per convertire la luce solare in energia chimica.Mentre i sistemi naturali per questo sono sistemi molto lenti e artificiali che lo imitano inizialmente avevano un'efficienza inferiore all'1% quando la ricerca è iniziata su di loro nel 1972 in Giappone, i nuovi processi stanno aumentando i livelli di produzione di idrogeno.I ricercatori giapponesi nel 2007 hanno iniziato a rivestire elettrodi realizzati in silicio microcristallino idrogenato con nanoparticelle di platino, che hanno ulteriormente aumentato la stabilità e la vita degli elettrodi e la loro capacità catalitica alla scissione dell'acqua.

Ricerche simili presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) negli Stati Uniti si rivolge a tassi di conversione da solare a idrogeno del 14% nel 2015 con una maggiore durata degli elettrodi da 1.000 ore nel 2005 alle 20.000 ore nel 2015.All'aumentare di questa efficienza, il costo corrispondente di produzione di combustibili idrogeno diminuisce, con un costo di dollari (USD) per chilogrammo ($/kg) di produzione di H ₂ nel 2005 a $ 360/kg fino a $ 5/kg nel 2015. AncheA questo livello, la divisione dell'acqua per produrre idrogeno è ancora da tre a dieci volte più costosa rispetto alla generazione di carburanti a base di idrogeno dalla riforma del gas naturale.La ricerca ha ancora una certa distanza prima che sia competitiva economicamente con il settore energetico stabilito.