La magia del grafene: produce e immagazzina idrogeno / The magic of graphene: producing and storing hydrogen.

La magia del grafene: produce e immagazzina idrogeno / The magic of graphene: producing and storing hydrogen.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

La magia del grafene: produce e immagazzina idrogeno

Dall'Università della Calabria una speranza per produrre energia pulita:  il materiale scoperto nel 2004 sarebbe in grado di estrarre dall'acqua e trattenere il "combustibile del futuro".

 
Anno dopo anno, il grafene ha sempre qualche nuova sorpresa in serbo per gli scienziati. Il cosiddetto "materiale delle meraviglie" ha infatti svelato una nuova proprietà, che potrebbe aiutarci a produrre energia pulita in un futuro non troppo lontano. Un team internazionale, coordinato da Antonio Politano dell'Università della Calabria, ha infatti mostrato che questo materiale può essere utilizzato per scomporre le molecole d'acqua e ricavare idrogeno. Oltre a produrre idrogeno, il grafene sarebbe anche in grado di immagazzinare l'idrogeno in modo decisamente efficiente. La scoperta, apparsa su ACS Nano, è una prova di concetto di un processo chimico-fisico che potrebbe rivelarsi estremamente importante nel campo della produzione di energia da fonti pulite e rinnovabili.

Le meraviglie del grafene
Il grafene, scoperto nel 2004 dai due fisici Andrej Gejm e Konstantin Novoselov, è costituito da un "foglio" di atomi di carbonio disposti in una struttura a nido d'ape. Studiando questo materiale, gli scienziati hanno scoperto proprietà sempre più interessanti: il grafene è infatti un ottimo conduttore elettrico e termico, ed è estremamente resistente e allo stesso tempo molto flessibile. Caratteristiche così strabilianti che hanno valso a Gejm e Novoselov il Premio Nobel per la Fisica nel 2010.

Oggi molti gruppi di ricerca si occupano di studiare le straordinarie proprietà del grafene, che si sta rivelando molto utile anche nel campo della produzione di energia, come evidenziato da questo nuovo lavoro, condotto da Politano in collaborazione con un team di ricercatori delle università straniere di Hanyang di Seoul, degli Urali e di Madrid, mentre in l'Italia hanno partecipato le università di Padova e Milano-Bicocca, Elettra Sincrotrone Trieste e l'Istituto dei Sistemi Complessi del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr).

Fabbrica e magazzino di idrogeno
I ricercatori hanno dimostrato la possibilità di produrre idrogeno a partire dall'acqua e di immagazzinarlo proprio fra gli atomi di carbonio del grafene. Per realizzare questa "mini fabbrica" di idrogeno, hanno utilizzato una superficie di nichel rivestita di grafene.  "Combinando le proprietà dei due materiali", spiega Politano, "il dispositivo funziona da catalizzatore che rompe le molecole di acqua e le divide in atomi di idrogeno e gruppi idrossilici (OH)". L'idrogeno prodotto è poi adsorbito sul grafene stesso, che offre quindi un sistema naturale di stoccaggio a temperatura ambiente. Per rilasciare l'idrogeno, basta riscaldare il grafene a temperature di circa 130 ° C.

"L'idrogeno", ha aggiunto Politano, "è un'alternativa pulita alle comuni fonti di energia non rinnovabili ed è il candidato ideale come combustibile per i dispositivi energetici del futuro, come le celle a combustibile. L'economia basata sull'idrogeno avrà bisogno sia di produrre sia di stoccare l'idrogeno e le proprietà del grafene permettono di farlo con un unico dispositivo". L'idrogeno è infatti prodotto principalmente dalle biomasse o dal gas naturale, attraverso processi che spesso richiedono un grande consumo energetico. Il nuovo metodo, suggerisce Politano, permette di partire dall'acqua e ottenere una fonte di energia pulita e da fonti rinnovabili.

Quanto manca all'auto a idrogeno?
E' un risultato molto importante, ma gli autori ricordano che ci vorrà ancora tempo prima di vedere realizzate delle applicazioni tecnologiche. Infatti, in questo lavoro i ricercatori hanno studiato un modello costituito da un foglio di grafene cresciuto su un cristallo di nichel. "Abbiamo dimostrato che il grafene può immagazzinare idrogeno a temperatura ambiente con prestazioni, già nella prima implementazione, comparabili rispetto ai materiali attualmente utilizzati" sottolinea Politano, "Attualmente, siamo impegnati nello studio della produzione e dello stoccaggio di idrogeno in sistemi nanostrutturati di grafene, che potrebbero consentire di ottenere prestazioni superiori nell'immagazzinamento e, conseguentemente, anche nella produzione".

Inoltre, questa prova è stata condotta in condizioni di altissimo vuoto, a una pressione di circa un milione di miliardi di volte inferiore a quella atmosferica. Servirà pertanto mettere alla prova questo processo anche in condizioni "normali", cioè alla pressione atmosferica. "Servirà estendere la collaborazione internazionale per formare un team di scienziati e di partner industriali capace di superare questa "pressure gap", ma già diversi gruppi si sono interessati ai nostri risultati e lavoreranno con noi al fine di conseguire questi obiettivi, ancora più ambiziosi e difficili da realizzare", aggiunge Politano.

Risolvere il problema della produzione di idrogeno in maniera efficiente, e provvedere al suo stoccaggio, è sicuramente una sfida cruciale verso l'utilizzo pratico, ad esempio nei motori a idrogeno delle automobili. Un esperimento come quello presentato è sicuramente un passo cruciale verso quel traguardo: "L'importanza del nostro lavoro è nella dimostrazione
dell'efficienza del processo da noi scoperto e siamo lieti che, grazie a questa prova di concetto, la comunità scientifica si concentrerà per trasformare queste prove di laboratorio in applicazioni tecnologiche da usare nella vita quotidiana."
ENGLISH
From the University of Calabria hope to produce clean energy: the material discovered in 2004 would be able to extract the water and hold the "fuel of the future."

 
Year after year, graphene has always some new surprise for scientists. The so-called "wonder material" has indeed unveiled a new property, which could help us to produce clean energy in a not too distant future. An international team, led by Antonio Politano University of Calabria, has shown that this material can be used to break down the water molecules and make hydrogen. In addition to producing hydrogen, graphene would also be able to store hydrogen so decidedly efficient. The discovery, appeared in ACS Nano, is a proof of concept of a physical-chemical process that could prove extremely important in the field of energy production from clean, renewable sources.
 
The wonders of graphene
Graphene, discovered in 2004 by two physicists Andre Geim and Konstantin Novoselov, consists of a "sheet" of carbon atoms arranged in a honeycomb structure. By studying this material, scientists have discovered more and more interesting properties: graphene is indeed an excellent electrical and thermal conductor, and is extremely durable and at the same time very flexible. Features so amazing, which have earned Geim and Novoselov the Nobel Prize in Physics in 2010.

Today, many research groups are concerned with studying the extraordinary properties of graphene, which is proving to be very useful also in the field of energy production, as evidenced by this new work, conducted by Politano in collaboration with a team of researchers of foreign universities Hanyang in Seoul, the Urals and of Madrid, while in Italy attended the university of Padua and Milan-Bicocca, Elettra Synchrotron Trieste and the Institute of Complex Systems of the National research Council (CNR).
 
Factory and hydrogen storage
The researchers demonstrated the ability to produce hydrogen from water and store it right between the carbon atoms of the graphene. To achieve this "mini-factory" hydrogen, they have used a nickel-coated surface of graphene. "Combining the properties of the two materials," explains Politano, "the device works as a catalyst that breaks down the molecules of water and divides them into hydrogen atoms and hydroxyl groups (OH)". The hydrogen produced is then adsorbed on graphene itself, which then provides a natural system of storage at room temperature. To release hydrogen, just heat the graphene at temperatures of about 130 ° C.

"Hydrogen," added Politano, "is a clean alternative to common sources of non-renewable and is the ideal candidate as fuel for energy device of the future, such as fuel cells. The hydrogen economy You will need both to produce both of storing the hydrogen and the properties of the graphene allow to do so with a single device. " Hydrogen is in fact mainly produced from biomass or natural gas, through processes that often require a lot of power. The new method, suggests Politano, allows to leave the water and get a clean source of energy and renewable sources.
 
How long before the car on hydrogen?
It 'a very important result, but the authors point out that it will take time before we see made technological applications. In fact, in this work, researchers have studied a model consisting of a graphene sheet grew on a nickel crystal. "We have shown that graphene can store hydrogen at room temperature performance, already in the first implementation, comparable to other materials currently used" emphasizes Politano, "Currently, we are engaged in the study of the production and storage of hydrogen in nano-structured systems of graphene, that could allow to obtain superior performance in storage and, consequently, also in production ".

In addition, this test was conducted in conditions of high vacuum, at a pressure of about a million billion times lower than atmospheric. It will therefore also serve to test this process in "normal" conditions, ie at atmospheric pressure. "It will extend international collaboration to form a team of scientists and industrial partners capable of overcoming this" pressure gap ", but already several groups are interested in our results and will work with us in order to achieve these objectives, even more ambitious and difficult to achieve, "adds Politano.

Solve the problem of producing hydrogen efficiently, and provide for its storage, it is definitely a crucial challenge to practical use, for example in the automobile hydrogen engines. An experiment like the one presented is certainly a crucial step towards that goal: "The importance of our work is in the proof

the efficiency of the process we discovered and we are pleased that, thanks to this proof of concept, the scientific community will focus on turning these laboratory tests in technological applications to use in everyday life. "
 Da: 
http://www.repubblica.it/scienze/2016/05/12/news/igrogeno_grafene_energia-139649208/?ref=HRLV-21


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