Il campo di idrogeno verde rovente è diventato ancora più caldo (e più verde)

Gli Intertubes sono in fiamme con la notizia del primo unicorno da un miliardo di dollari emerso dallo stufato bollente delle startup dell’idrogeno verde. Va tutto bene, ma sotto la superficie sta emergendo anche un altro nuovo sviluppo nel campo dell’idrogeno. Avviso spoiler: come si pronuncia “fotoelettrochimico?”

L’idrogeno verde e l’unicorno da un miliardo di dollari

Per quelli di voi che sono nuovi all’argomento, l’idrogeno è il lubrificante che lubrifica gli ingranaggi della moderna società industriale e dei suoi sistemi alimentari. L’idrogeno è l’input fondamentale per carburanti, fertilizzanti, operazioni di raffineria, prodotti farmaceutici, articoli da toeletta, bevande salutari e altro ancora.

In termini di catena di approvvigionamento globale, tuttavia, l’idrogeno è l’opposto di sano. La principale fonte di idrogeno è il gas naturale, seguito al secondo posto dal carbone e da altri input fossili.

L’idrogeno verde è un nuovo sviluppo sulla scena, reso possibile dalla diminuzione dei costi dell’energia eolica e solare a partire dai primi anni 2000.

L’idrogeno verde è prodotto da sistemi di elettrolisi che estraggono il gas idrogeno dall’acqua con una corrente elettrica. In termini di sostenibilità, ciò non ha senso se l’elettricità proviene da una rete convenzionale arricchita con risorse fossili. Tuttavia, i puristi dell’idrogeno verde sottolineano che si dovrà utilizzare solo energia rinnovabile.

La tecnologia alla base dell’elettrolisi è nota da oltre 200 anni, ma per tutto questo tempo è rimasta dormiente nella catena di approvvigionamento dell’idrogeno mentre dominavano i combustibili fossili. Con le energie rinnovabili a basso costo arriva l’opportunità per gli innovatori di attrarre il denaro degli investitori con sistemi di elettrolisi migliori, più veloci e più economici.

È qui che entra in gioco l’unicorno da un miliardo di dollari. La settimana scorsa, una startup statunitense chiamata Electric Hydrogen ha raccolto 380 milioni di dollari in un round di finanziamento di serie C sulla base della costruzione di un elettrolizzatore migliore. Ciò ha aumentato la valutazione dell’azienda oltre la soglia del miliardo di dollari, guadagnandole il titolo di primo unicorno del settore Il giornale di Wall Street (avviso paywall).

L’unicorno verde dell’idrogeno va in Texas

Lo stato rosso intenso del Texas è diventato famoso tra i repubblicani per tutte le solite ragioni, come il protezionismo sull’energia fossile insieme alla repressione degli elettori, l’avvicinamento ai suprematisti bianchi, la regolamentazione delle armi, leggi draconiane sull’aborto, divieti di libri, divieti di trascinamento, vari crisi sanitarie pubbliche e altre questioni simili.

Tuttavia, il Texas è stato l’epicentro dello sviluppo dell’energia eolica e solare negli Stati Uniti fin dai primi anni 2000. È pronta a strappare anche la ghirlanda sostenibile dell’H2, avendo messo in moto diversi anni fa le ruote per un’industria dell’idrogeno ricavata da fonti rinnovabili.

Electric Hydrogen (EH2 in breve) è una tra un numero crescente di aziende di idrogeno verde fuori dallo stato che apriranno negozi in Texas, dove sta mettendo in atto il suo modello di business chiavi in ​​mano. L’azienda sta già producendo i suoi gruppi di elettrolizzatori nel suo stato natale, il Massachusetts, a un ritmo previsto fino a 2 gigawatt all’anno. Gli stack verranno spediti in Texas per essere assemblati nel sistema modulare pronto per il cantiere dell’azienda. EH2 prevede che lo stabilimento del Texas sarà operativo entro la fine del prossimo anno.

Tutta questa attività ha attirato l’attenzione della startup energetica globale New Fortress Energy. NEF è stato lanciato nel 2014 con un focus sul gas naturale liquefatto, ma il campo emergente dell’idrogeno verde sembra aver motivato una svolta verso l’elettrolisi. Secondo un comunicato stampa emesso da Electric Hydrogen a settembre, NEF ha incluso i nuovi elettrolizzatori EH2 nei suoi piani per costruire un nuovo importante impianto di produzione di idrogeno verde in Texas. Situato in un sito che verrà nominato in seguito, il nuovo impianto produrrà fino a 50 tonnellate di H2 verde al giorno.

Come si pronuncia “fotoelettrochimico?”

Il turbinio di attività nel settore dell’elettrolisi ha in qualche modo mascherato altri importanti sviluppi nel campo dell’idrogeno verde, ed è qui che entra in gioco la fotoelettrochimica.

In parole povere, una cellula fotoelettrochimica elimina l’intermediario energetico. A differenza dei sistemi di elettrolisi che importano elettricità da strutture autonome, la cella fotoelettrochimica è un dispositivo tutto in uno che sfrutta la luce solare per catalizzare una reazione chimica nell’acqua.

La capacità diretta di reazione solare delle celle fotoelettrochimiche, in teoria, le renderebbe molto più efficienti e molto meno costose rispetto ai sistemi di elettrolisi convenzionali.

Le celle fotoelettrochimiche si prestano anche al ridimensionamento, aprendo la possibilità ai reattori fotochimici di unirsi all’elenco degli elettrodomestici standard e commerciali insieme ai sistemi HVAC, alle pompe di calore, alle attrezzature per lavanderia e agli utensili da cucina.

Se questo comincia a suonarti familiare, potresti pensare al concetto di “foglia artificiale”. Ha attraversato il CleanTechnica radar nel 2011, quando il dottor Daniel Nocera del MIT introdusse la visione di un dispositivo fotoelettrochimico delle dimensioni di una tessera che imitasse i sistemi naturali che producono idrogeno dall’acqua (vedi ulteriori approfondimenti qui).

Le cellule fotoelettrochimiche incontreranno l’idrogeno verde, prima o poi

Naturalmente, il diavolo è nei dettagli. Per cominciare, le celle fotoelettrochimiche devono essere progettate con elementi resistenti alla corrosione in grado di resistere per tutta la vita all’immersione in acqua.

Tuttavia, la scienza ama le sfide e il lavoro continua a ritmo sostenuto. Nell’ultimo sviluppo, la settimana scorsa un gruppo di ricerca dell’Università di Tubinga in Germania ha annunciato una pietra miliare nei loro sforzi per produrre una foglia artificiale, volta a decentralizzare la produzione di idrogeno verde per l’industria.

Il cuore dello sforzo è una nuova cella solare ad alta efficienza. Puoi leggere tutto sul diario La cella riporta la scienza fisicasotto il titolo “Funzionalizzazione fotoelettrochimica delle cellule Schlenk di fotoelettrodi multi-giunzione che dividono l’acqua.“

Per quelli di voi in movimento, il succo è che il team si è concentrato su una soluzione su scala nanometrica per i difetti cristallini che possono ostacolare l’efficienza e la stabilità di una cella fotoelettrochimica, facendo allo stesso tempo progressi sul fronte della corrosione.

In termini di conversione della luce solare in energia idrogeno utilizzabile, il team di Tubinga ha riportato un’efficienza del 18%. Si tratta di un miglioramento significativo rispetto alla soglia del 12% raggiunta dai primi tentativi risalenti al 1998 presso altri istituti di ricerca. La squadra di Tubinga però non ha stabilito un nuovo record. Questa affermazione è ancora sostenuta da un team statunitense che cinque anni fa, nel 2018, ha raggiunto un record di efficienza di conversione del 19%, il che dimostra quanto possa essere difficile costruire una trappola per topi migliore.

In ogni caso, la massima efficienza di conversione non è strettamente legata alla disponibilità commerciale. La scuola cita Erica Schmitt, la prima autrice dello studio, che afferma: “Quello che abbiamo sviluppato qui è una tecnologia per la produzione di idrogeno solare che non richiede una connessione ad alte prestazioni alla rete elettrica”.

“Ciò significa che sono concepibili anche soluzioni stand-alone permanenti e più piccole per l’approvvigionamento energetico”, aggiunge Schmidt.

Avanti e in alto per la foglia artificiale del futuro

I prossimi passi includono il trasferimento della tecnologia su una piattaforma più economica basata sul silicio insieme a una continua attenzione alla stabilità e ai costi.

Potrebbe volerci un po’ di tempo, ma il team ha qualche aiuto a portata di mano. Il loro lavoro fa parte di un più ampio programma di ricerca e sviluppo fotoelettrochimico in Germania chiamato H2Demo. Il programma è stato lanciato nel 2021 con il sostegno della Germania Ministero federale dell’Istruzione e della Ricerca (in tedesco, BMBF per Bundesministerium für Bildung und Forschung) e Fraunhofer ISE al timone.

Altri partner includono AZUR SPACE, Helmholtz Zentrum Berlin, HQ Dielectrics, LayTec AG, Philipps University of Marburg, Plasmeterx GmbH, SEMPA, Ilmenau University of Technology, Università di Monaco e Università di Ulm.

Se ti stai chiedendo come si stanno comportando gli Stati Uniti in questo campo, questa è una buona domanda. Il Dipartimento dell’Energia ha istituito un gruppo di lavoro fotoelettrochimico permanente per mantenere le cose in movimento insieme all’assistenza della nuova Liquid Sunlight Alliance, un’iniziativa di foglie artificiali che combina più laboratori del Dipartimento dell’Energia e altre parti interessate.

Dov’è il Congresso?

Naturalmente, nessuna notizia sull’energia rinnovabile sarebbe completa senza una menzione della leadership repubblicana al Congresso, o meno, a seconda dei casi.

In un momento in cui la potenza economica e militare globale degli Stati Uniti dovrebbe concentrarsi esclusivamente sull’aiutare i propri alleati – vale a dire Ucraina e Israele – la Camera dei Rappresentanti a guida repubblicana si è concentrata direttamente sul indebolire proprio l’eccezionalismo americano che pretendono di difendere.

Ad esempio, ora sarebbe un buon momento per il senatore repubblicano Tommy Tuberville dell’Alabama per abbandonare il controllo su centinaia di promozioni militari. Questo è solo un esempio. Se ti vengono in mente altri, lasciaci una nota nel thread dei commenti.

Foto (ritagliata): il fulcro di questo simulatore solare è una minuscola cella fotoelettrochimica, in grado di estrarre l’idrogeno dall’acqua senza la necessità di impianti di energia rinnovabile autonomi (per gentile concessione dell’Università di Tubinga sotto copyright di Valentin Marquardt/Università di Tubinga).

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