Uno Studio Dimostra che il Campo Magnetico potenzia l’Elettrocatalisi per la Produzione di Carburanti Sostenibili
In un’epoca in cui la ricerca di fonti di energia sostenibili è diventata prioritaria, i ricercatori esplorano incessantemente nuove strade innovative per migliorare i processi di produzione di carburante. Uno degli strumenti più importanti per convertire l’energia chimica in energia elettrica e viceversa è l’elettrocatalisi, già utilizzata in varie tecnologie energetiche green.
L’elettrocatalisi e la Sfida dell’Efficienza
L’elettrocatalisi accelera le reazioni elettrochimiche attraverso l’uso di catalizzatori, sostanze che aumentano le velocità di reazione senza essere consumate. È fondamentale in dispositivi come celle a combustibile ed elettrolizzatori, dove consente la trasformazione efficiente di carburanti come idrogeno e ossigeno in elettricità, o acqua in idrogeno e ossigeno, facilitando un ciclo di energia pulita.
Il problema, però, è l’efficienza. I metodi tradizionali di elettrocatalisi spesso non riescono a massimizzare il trasporto dei reagenti sulla superficie del catalizzatore, che è un passaggio chiave nella conversione dell’energia. Ciò riduce l’efficienza complessiva della reazione e rallenta il nostro progresso verso soluzioni energetiche pulite.
Ora, gli scienziati guidati da Magalí Lingenfelder all’EPFL hanno sviluppato un approccio innovativo per tracciare i processi fondamentali che migliorano l’efficienza della produzione di carburante pulito. Pubblicato su Nature Communications, il lavoro si è concentrato sulla promettente intersezione tra campi magnetici ed elettrocatalisi, offrendo una via verso tecnologie di produzione di carburanti più efficienti ed ecologiche.
Lo studio ha dimostrato che circondare i catalizzatori con campi magnetici crea forze di Lorentz—le forze che i campi magnetici esercitano sulle cariche elettriche in movimento. Queste inducono movimenti vorticosi che migliorano lo spostamento dei reagenti e dei prodotti sulla superficie del catalizzatore, garantendo una reazione più consistente e rapida e superando anche le limitazioni poste dalla scarsità di reagenti, una sfida comune in reazioni come la riduzione dell’ossigeno (ORR), fondamentale per le celle a combustibile.
Per fare tutto questo, i ricercatori hanno dovuto costruire uno strumento per osservare il movimento degli ioni in tempo reale sotto l’effetto di un campo magnetico, utilizzando un avanzato setup magneto-elettrochimico. Per il setup sofisticato, Lingenfelder si è rivolta al suo vicino di ufficio ed esperto di spintronica, il professor Jean-Philippe Ansermet, che aveva anche studiato gli effetti di spin in elettrochimica.
Un Approccio Rivoluzionario per un Futuro Sostenibile
“Abbiamo adattato l’elettromagnete di Jean-Philippe per misurare gli effetti dei campi magnetici sulle reazioni elettrocatalitiche chiave per l’energia verde,” dice. “Utilizzando un trucco creativo sviluppato da Priscila e Yunchang [i primi autori dello studio], siamo stati in grado di tracciare in situ come gli ioni si muovono nell’elettrolita sotto l’effetto di un campo magnetico e fornire una base solida su come applicare i campi magnetici per potenziare l’elettrocatalisi in modo riproducibile.”
Applicando campi magnetici a elettrodi non magnetici e monitorando le reazioni, gli scienziati sono stati in grado di separare gli effetti e osservare come le forze magnetiche possano agitare e migliorare lo spostamento dei reagenti intorno al catalizzatore. Questo processo, simile alla creazione di vortici in miniatura, migliora significativamente l’efficienza delle reazioni cruciali per la produzione di idrogeno verde, offrendo una promettente via per avanzare nelle tecnologie energetiche sostenibili.
Il nuovo metodo è pratico? Nello studio, gli scienziati mostrano un aumento dell’attività per la riduzione dell’ossigeno indotta da campi magnetici su interfacce non magnetiche di oltre il 50%. Questo rappresenta un salto di efficienza sostanziale, ma, soprattutto, ha permesso al team di risolvere molte controversie fondamentali nel settore dimostrando i meccanismi e le condizioni necessarie per potenziare con i campi magnetici diverse reazioni elettrocatalitiche che coinvolgono prodotti gassosi o reagenti come idrogeno e ossigeno.
Lo studio traccia la via verso l’utilizzo dei campi magnetici per migliorare l’efficienza dell’elettrocatalisi che può spingerci verso una produzione di carburante sostenibile più efficace. Può rivoluzionare le tecnologie di conversione dell’energia, rendere le celle a combustibile più ampiamente adottate ad esempio nei veicoli a idrogeno e aumentare la produzione di idrogeno come fonte di energia pulita, mitigando anche l’impatto del nostro consumo energetico sul cambiamento climatico del pianeta.
