Un team di ricerca guidato dalla Chalmers University of Technology (Svezia) ha presentato un nuovo modo per produrre idrogeno gassoso senza ricorrere al raro e costoso platino. Utilizzando la luce solare, l’acqua e minuscole particelle di plastica elettricamente conduttiva, i ricercatori dimostrano come l’idrogeno possa essere prodotto in modo efficiente, sostenibile e a basso costo.
L’idrogeno, vettore energetico fondamentale per i sistemi energetici a basse emissioni di carbonio, può essere prodotto da diverse fonti energetiche: fossili, non fossili, rinnovabili. L’idrogeno ha un grande potenziale nei sistemi di energia rinnovabile, ma la sua diffusione su larga scala dipende ancora da metodi di produzione più puliti, sostenibili e a basso costo.
Un team di ricerca internazionale, guidato dalla Chalmers University of Technology in Svezia ha presentato un approccio fotocatalitico che genera idrogeno gassoso da acqua e luce solare senza utilizzare il platino, metallo raro e costoso, le cui riserve sono limitate e concentrate in pochi paesi, ad esempio Sudafrica e Russia, e la cui estrazione è associata a rischi sia per l’ambiente che per la salute umana,
Lo studio “Highly Efficient Platinum-Free Photocatalytic Hydrogen Evolution From Low-cost Conjugated Polymer Nanoparticles”, pubblicato sul n. 40/2025 di Advanced Materials, dimostra che il platino può essere sostituito da minuscole particelle di plastica elettricamente conduttiva, note come nanoparticelle polimeriche coniugate, che immerse in acqua, interagiscono sia con la luce solare che con l’ambiente circostante, favorendo lo sviluppo di idrogeno.
“Sviluppare fotocatalizzatori efficienti senza platino è un sogno che si coltiva da tempo in questo campo – ha spiegato Alexandre Holmes, ricercatore presso la Chalmers University e co-autore principale dello Studio assieme a Jingwen Pan dell’Università di Uppsala – Applicando la progettazione di materiali avanzati alle nostre particelle di plastica conduttrice, possiamo produrre idrogeno in modo efficiente e sostenibile senza platino, a costi radicalmente inferiori e con prestazioni che possono persino superare quelle dei sistemi a base di platino“.
I polimeri coniugati sono materiali semiconduttori analoghi ai semiconduttori inorganici come il silicio. Questa natura semiconduttiva rende possibile la produzione di un nuovo tipo di tecnologia – l’elettronica organica – che può essere utilizzata in molti settori diversi, come la conversione e l’accumulo di energia, l’elettronica indossabile (dispositivi elettronici che si indossano sul corpo per raccogliere dati, monitorare la salute, migliorare le prestazioni fisiche e connettersi), i tessuti elettronici (materiale tessili dotati di componenti elettroniciche migliorano le prestazioni di dispositivi indossabili, veicoli e altri prodotti) e la biotecnologia.
“Abbiamo anche sviluppato un modo per trasformare la plastica in nanoparticelle in grado di migliorare le interazioni con l’acqua e accelerare il processo di conversione della luce in idrogeno – ha proseguito Holmes –Il miglioramento deriva da catene polimeriche più idrofile e meno compatte all’interno delle particelle“, afferma Holmes.
Nel reattore del laboratorio chimico della Chalmers University, le bolle di idrogeno gassoso possono essere facilmente viste a occhio nudo mentre si formano, dimostrando che la fotocatalisi avviene in modo efficiente (vedi foto di copertina).
Quando una lampada con luce solare simulata viene puntata su un contenitore d’acqua contenente le nanoparticelle, piccole bolle di idrogeno gassoso iniziano quasi immediatamente a formarsi e a salire nell’acqua. Le bolle vengono raccolte e convogliate attraverso tubi fino a un contenitore di stoccaggio, e la quantità di gas prodotta può essere monitorata in tempo reale.
“Con appena un grammo di materiale polimerico – sottolinea Holmes – possiamo produrre 30 litri di idrogeno in un’ora“.
Il prossimo passo importante per il gruppo di ricerca sarà quello di far funzionare il processo dell’idrogeno utilizzando solo luce solare e acqua, senza l’aggiunta di sostanze chimiche ausiliarie. Attualmente, si utilizza la vitamina C, che agisce come un cosiddetto antiossidante sacrificale. Donando elettroni, impedisce lo stallo della reazione, che in laboratorio può mostrare elevati tassi di produzione di idrogeno.“Per realizzare un idrogeno solare realmente sostenibile, l’obiettivo è quello di scindere simultaneamente le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno, utilizzando come unici input la luce solare e l’acqua – ha affermato Ergang Wang, Professore presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers University e responsabile della ricerca –Eliminare la necessità del platino in questo sistema è un passo importante verso una produzione di idrogeno sostenibile per la società. Ora stiamo iniziando a esplorare materiali e strategie volte a ottenere una scissione completa dell’acqua senza additivi. Ci vorranno ancora alcuni anni, ma crediamo di essere sulla strada giusta“.
Il lavoro ha coinvolto ricercatori di diverse istituzioni in Svezia, Brasile, Cina e Stati Uniti e i finanziamenti sono stati forniti dal Consiglio svedese per la ricerca e dall’Agenzia svedese per l’energia e dalle Fondazioni Wallenberg.
In copertina: In un reattore di un laboratorio chimico della Chalmers University of Technology (Svezia), le bolle di idrogeno gassoso possono essere facilmente osservate a occhio nudo mentre si formano, a dimostrazione dell’efficienza della fotocatalisi. Immagine: Chalmers University of Technology|Mia Halleröd Palmgren