La disponibilità limitata di risorse di acqua dolce, che rappresentano solo circa il 3,5% dell’acqua totale sulla Terra, ha sottolineato l’importanza di utilizzare abbondante acqua di mare per il riciclaggio energetico. La desalinizzazione dell’acqua di mare rappresenta una soluzione praticabile per affrontare la scarsità delle risorse di acqua potabile; tuttavia, i metodi tradizionali come la distillazione e il trattamento a membrana sono spesso costosi.
L’accelerazione di un’economia energetica basata sull’idrogeno è fondamentale per raggiungere la neutralità del carbonio e il picco delle emissioni di carbonio. In linea con ciò, il “Piano d’azione Carbon Peak entro il 2030” emesso dal Consiglio di Stato sottolinea la necessità di concentrarsi sulla produzione di idrogeno da energia rinnovabile a basso costo e sull’innovazione tecnologica. Sottolinea inoltre l’importanza di accelerare la ricerca, lo sviluppo e le applicazioni dimostrative della tecnologia dell’idrogeno in vari settori come l’industria, i trasporti e l’edilizia.
L'acqua di mare differisce in modo significativo dall'acqua dolce, costituendo circa il 96,5% dell'acqua terrestre e contenente una miscela complessa di 92 sostanze chimiche ed elementi. La salinità dell'acqua di mare è di circa 35 PSU (35 ‰), con ioni di sodio, magnesio, calcio, potassio, cloro e solfato che costituiscono oltre il 99% del suo contenuto totale di sale. La produzione di idrogeno dall’acqua di mare deve affrontare sfide dovute alla presenza di numerosi ioni, microrganismi e particelle, che possono portare a problemi come la competizione nelle reazioni avverse, la disattivazione del catalizzatore e l’incrostazione delle membrane.
Sono stati sviluppati due approcci tecnologici distinti per la produzione di idrogeno dall’acqua di mare: produzione diretta e produzione indiretta. La produzione diretta prevede l'elettrolisi o la fotolisi dell'acqua. I principali istituti di ricerca di tutto il mondo, tra cui l'Accademia cinese delle scienze, il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica, l'Università tecnologica di Tohoku in Giappone, l'Università di tecnologia chimica di Pechino, il Consiglio indiano per la ricerca scientifica e industriale e l'Università di Houston, sono attivamente coinvolti nella ricerca diretta ricerca sulla produzione di idrogeno. La produzione indiretta, invece, combina le tecnologie di desalinizzazione dell’acqua di mare con processi idrolitici come elettrolisi, fotolisi e pirolisi.
Attualmente, oltre il 90% dell’idrogeno mondiale è prodotto da fonti energetiche basate sul carbonio, come carbone e gas naturale. Tuttavia, vi è un crescente interesse per la produzione di idrogeno dall’acqua, considerando le implicazioni future della neutralità del carbonio e della scarsità delle risorse di acqua dolce. La "tecnologia di produzione dell'idrogeno per elettrolisi diretta dell'acqua di mare in situ senza desalinizzazione" ha un immenso significato teorico, tecnologico e strategico.
Nel luglio di quest’anno, il Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, dell’Accademia cinese delle scienze, ha segnalato uno sviluppo rivoluzionario nella produzione di idrogeno dall’acqua di mare attraverso l’elettrolisi ad alta temperatura utilizzando una cella a combustibile a ossido solido tubolare piatto. Il team di ricerca ha raggiunto un’impressionante efficienza di conversione energetica del 72,47% senza la necessità di catalizzatori di metalli nobili. Esperimenti a lungo termine hanno dimostrato cambiamenti minimi nella struttura, nella composizione e nelle prestazioni della cella, mentre il voltaggio elettrolitico è rimasto significativamente inferiore a quello delle celle a temperatura ambiente.
I ricercatori hanno condotto l'elettrolisi a 750 gradi facendo passare l'idrogeno, che funge da gas vettore, attraverso la cella elettrolitica a ossido solido contenente acqua di mare volatilizzata e trasportata dalle acque costiere della città di Ningbo. Riscaldando ed evaporando preventivamente l'acqua di mare, è stato impedito alla maggior parte delle impurità di entrare in contatto diretto con l'elettrolizzatore, riducendo al minimo il rischio di danni.
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