In laboratorio, elettrodo al nichel: costi del catalizzatore -99%

In un laboratorio coreano, una lamina di nichel e cobalto svolge un compito che il platino svolge da decenni. L'elettrodo scompone l'acqua in idrogeno e ossigeno, e il team del Korea Institute of Energy Research (KIER) afferma che lo fa con un costo dei materiali inferiore del 99% rispetto agli elettrodi a metalli nobili. I dottori Kyung-Soo Kang e Hyun-Jun Lee guidano il lavoro, pubblicato su Advanced Science. Secondo i prezzi indicati dagli stessi ricercatori, il nichel costa circa 0,02 dollari al grammo e il cobalto circa 0,05, contro circa 58 dollari per il platino e 54 per il rutenio.

Il problema da risolvere è una chimica lenta. L'elettrolisi alcalina è la variante più adatta agli impianti di grandi dimensioni, perché le attrezzature costano relativamente poco. Ma in ambiente alcalino l'acqua si scompone più di 100 volte più lentamente che in ambiente acido, quindi la reazione richiede un catalizzatore. Il platino e il rutenio garantiscono questa velocità, e il loro prezzo è ciò che ha impedito al processo di diffondersi su larga scala. La risposta del KIER è un elettrodo costruito con due strati attivi sulla stessa superficie: ossido di nichel, che accelera la rottura delle molecole d'acqua, e una lega nichel-cobalto, che favorisce la formazione dell'idrogeno. La fase che limita l'intera reazione è la scomposizione dell'acqua, e l'ossido agisce direttamente su di essa.

I numeri sono misurati con le attrezzature del team. L'elettrodo fornisce una resa di idrogeno pari a quella di un tradizionale elettrodo al platino con circa il 40% del sovrapotenziale, cioè la tensione extra che una reazione richiede oltre il minimo teorico. Secondo il team, questo lo colloca tra i migliori elettrodi alcalini privi di metalli nobili riportati negli ultimi tre anni. In una cella unitaria da 8,7 centimetri, la tensione di cella è risultata inferiore dell'11% rispetto a una cella con elettrodo di nichel convenzionale. Dopo 600 cicli di avvio-arresto, le prestazioni sono rimaste stabili, una prova che simula un impianto alimentato da eolico o solare intermittenti.

Per il lettore, la questione è cosa potrebbe cambiare nel prezzo dell'idrogeno verde. Il team sostiene che la tecnologia potrebbe permettere alla Corea del Sud di approvvigionarsi internamente dei materiali essenziali per l'elettrolisi alcalina, dato che il settore dipende fortemente dalle importazioni, e potrebbe abbassare i costi di produzione. Lee afferma che il team ha realizzato elettrodi da 40 centimetri e sta ottimizzando il processo per la produzione di massa commerciale, con un obiettivo successivo di 5.000 cm² per sistemi da megawatt. La pubblicazione non indica date per questa fase, e i risultati finora provengono dal laboratorio. Una cella di laboratorio non è un impianto che funziona per anni, e una riduzione del 99% del costo dei materiali non significa, di per sé, una riduzione del 99% del costo di produzione dell'idrogeno. Sono questi i test che restano da affrontare.