Nuovi serbatoi per idrogeno e metano per i veicoli a energia pulita di nuova generazione

Grandi quantità di idrogeno e metano possono essere immagazzinate in sicurezza a bordo delle

Un team di ricercatori statunitensi e cinesi giudato dalla Northwestern University ha progettato e sintetizzato nuovi materiali con porosità e un’area superficiale elevatissime per lo stoccaggio di idrogeno e metano per veicoli a celle a combustibile. Idrogeno e metano sono considerati interessanti alternative pulite ai combustibili fossili che producono biossido di carbonio.

Dei risultati ne dà conto lo studio “Balancing volumetric and gravimetric uptake in highly porous materials for clean energy”, pubblicato su Science che illustra come i materiali progettati, «un tipo di struttura metallo-organica (MOF), possono immagazzinare una quantità significativamente maggiore di idrogeno e metano rispetto ai materiali adsorbenti convenzionali a pressioni molto più sicure e a costi molto più bassi».

Il leader del team di ricerca, Omar K. Farha  del Weinberg college of arts and sciences e dell’International institute for nanotechnology della Northwestern, spiega: «Abbiamo sviluppato un metodo di stoccaggio a bordo migliore per l’idrogeno e il gas metano per i veicoli a energia pulita di prossima generazione. Per farlo, abbiamo usato i principi chimici per progettare materiali porosi con una precisa disposizione atomica, ottenendo così un’elevata porosità».

Attualmente, i veicoli a idrogeno e metano per funzionare richiedono una compressione ad alta pressione. La pressione di un serbatoio di idrogeno è 300 volte maggiore della pressione degli pneumatici delle auto. A causa della bassa densità dell’idrogeno, ottenere questa pressione è costoso e può anche essere pericoloso perché il gas è altamente infiammabile. Lo sviluppo di nuovi materiali adsorbenti in grado di stoccare idrogeno e metano a bordo di veicoli a pressioni molto più basse può aiutare scienziati e ingegneri a raggiungere gli obiettivi fissati dal Dipartimento dell’energia Usa per lo sviluppo della prossima generazione di automobili a energia pulita. Ma per raggiungere questi obiettivi, è necessario ottimizzare sia le dimensioni che il peso del serbatoio del carburante a bordo. I materiali altamente porosi utilizzati in questo studio bilanciano le capacità volumetriche (dimensioni) e gravimetriche (massa) di idrogeno e metano, facendo fare ai ricercatori un passo avanti verso il raggiungimento di questi obiettivi.

Farha e il suo team hanno quindi progettato, sintetizzato e caratterizzato i materiali, collaborando anche con gli scienziati del National Institute for Standards and Technology per condurre esperimenti di assorbimento di gas ad alta pressione.

Gli adsorbenti sono solidi porosi che legano alla loro superficie molecole liquide o gassose. Grazie ai suoi pori nanoscopici, un campione di un grammo del materiale della Northwestern (con un volume di sei M&Ms) ha una superficie che coprirebbe 1.3 campi da calcio. I ricercatori della Northwestern University che hanno concepito l’idea dei loro MOF in collaborazione con i modellatori computazionali della Colorado School of Mines, hanno confermato che «questa classe di materiali è molto intrigante».

Farha spiega ancora che «I MOF ultrapuri, chiamati NU-1501, sono costruiti con molecole organiche e ioni o cluster metallici che si autoassemblano per formare strutture porose multidimensionali, altamente cristalline. Per raffigurare la struttura di un MOF, bisogna immaginare un insieme di Tinkertoy in cui gli ioni metallici o i cluster sono i nodi circolari o quadrati e le molecole organiche sono le aste che tengono insieme i nodi».

Farha, conclude: «I nuovi materiali potrebbero anche essere una svolta per l’industria dello stoccaggio di gas in generale, dato che molte industrie e applicazioni richiedono l’utilizzo di gas compressi come ossigeno, idrogeno, metano e altri. Siamo in grado di immagazzinare enormi quantità di idrogeno e metano all’interno dei pori dei MOF e portarli al motore del veicolo a pressioni inferiori rispetto a quelle necessarie per gli attuali veicoli a celle a combustibile».

fonte: greenreport.it

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