L’idruro di magnesio (MgH2) ha mostrato grandi potenzialità per la sua superiore capacità di stoccaggio dell’idrogeno. Tuttavia, è necessaria una temperatura elevata l’idruro di magnesio si decomponga e produca idrogeno I ricercatori dell’Università di Tohoku – che stanno studiando lo stoccaggio dell’idrogeno all’idruro di magnesio – ne hanno identificato i problemi. L’idruro di magnesio è stato a lungo pubblicizzato per il suo potenziale di immagazzinare grandi quantità di idrogeno, un aspetto essenziale, considerato che l’idrogeno dovrà svolgere un ruolo nell’energia di un futuro sostenibile. Tuttavia, la lenta cinetica di deidrogenazione e l’elevata temperatura richiesta per la decomposizione e la produzione di idrogeno dal materiale ne ostacolano l’uso.
Ora – scrive Brian Westenhaus su Oilprice – i ricercatori hanno identificato il motivo per cui è così, aprendo la strada a future linee guida di progettazione e all’uso commerciale diffuso dell’idruro di magnesio. I dettagli delle loro scoperte sono stati pubblicati nel Journal of Materials Chemistry A, prendendosi anche la copertina della rivista.
IL RUOLO DELL’IDROGENO NEI PROSSIMI ANNI
L’idrogeno potrebbe svolgere un ruolo significativo nell’alimentare il nostro futuro. È abbondante e non produce emissioni nocive quando viene bruciato. Ma lo stoccaggio e il trasporto dell’idrogeno sono costosi e rischiosi. Attualmente, questo gas viene immagazzinato con tre metodi: lo stoccaggio di idrogeno gassoso ad alta pressione, lo stoccaggio di idrogeno liquido a bassa temperatura e lo stoccaggio di idrogeno allo stato solido. Tra le tipologie di stoccaggio dell’idrogeno allo stato solido, i materiali allo stato solido sono generalmente i più sicuri e forniscono la maggiore densità di stoccaggio.
IL RUOLO DEGLI IDRURI METALLICI
Gli idruri metallici sono stati a lungo studiati per la loro grande potenzialità di stoccaggio dell’idrogeno e il loro basso costo. Quando questi metalli entrano in contatto con l’idrogeno gassoso, il gas viene assorbito sulla superficie. Un ulteriore apporto di energia porta gli atomi di idrogeno a trovare la loro strada nei reticoli cristallini del metallo, fino a quando il metallo non si satura di idrogeno. Da lì, il materiale può assorbire e desorbire idrogeno in quantità maggiori.
L’idruro di magnesio (MgH2) ha mostrato grandi potenzialità per la sua superiore capacità di stoccaggio dell’idrogeno. Tuttavia, è necessaria una temperatura elevata l’idruro di magnesio si decomponga e produca idrogeno. Inoltre, la complessa migrazione dell’idrogeno e il desorbimento del materiale determinano una lenta cinetica di deidrogenazione e ne ostacolano l’applicazione commerciale.
Per decenni gli scienziati hanno discusso sul perché la deidrogenazione all’interno dell’idruro di magnesio sia così difficile. Ora, però, il gruppo di ricerca ha trovato una risposta: usando dei calcoli basati sulla teoria del funzionale della densità spin-polarizzata con correzioni di van der Waals, hanno notato un “effetto burst” durante la deidrogenazione del MgH2. Le barriere di deidrogenazione iniziali sono state misurate a 2,52 e 2,53 eV (elettronvolt), mentre le successive barriere di reazione erano a 0,12-1,51 eV.
L’ESPERIMENTO DEI RICERCATORI DELL’UNIVERSITÀ DI TOHOKU
Il gruppo ha effettuato un’ulteriore analisi del legame con il metodo “crystal orbital Hamilton population”, che hanno confermato come la forza del legame di idruro di magnesio diminuisca man mano che il processo di deidrogenazione continua.
Hao Li, professore associato dell’Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) dell’Università di Tohoku e co-autore dell’articolo, ha sottolineato che “la migrazione e il desorbimento dell’idrogeno sono molto più facili dopo l’effetto burst iniziale. Le modifiche di ingegneria strutturale che promuovono questo processo di desorbimento potrebbero essere la chiave per facilitare il desorbimento dell’idruro di magnesio. Li ei suoi colleghi hanno dimostrato che le mancanze di idrogeno mantengono un alto grado di localizzazione elettronica quando esiste il primo strato di idrogeno atomico.
Anche le analisi delle caratteristiche cinetiche del MgH2 dopo la deidrogenazione superficiale – eseguite mediante simulazioni di dinamica molecolare ab initio – hanno fornito ulteriori prove. “I nostri risultati – ha spiegato Li – forniscono una base teorica per la cinetica di deidrogenazione del MgH2, fornendo importanti linee guida per la modifica dei materiali di stoccaggio dell’idrogeno a base di idruro di magnesio”.
IL RAPPORTO TRA L’IDROGENO E L’IDRURO DI MAGNESIO
Una buona notizia per i sostenitori dell’idrogeno: se un giorno la soluzione di idruro di magnesio dovesse dimostrarsi praticabile, l’idrogeno pulito in forma H2 potrebbe ottenere un vantaggio sul mercato. Degno di nota è che finora l’idruro di magnesio sembra la soluzione di stoccaggio più promettente. Rispetto allo stoccaggio di gas ad alta pressione, sembra molto più sicura; rispetto alla liquefazione, l’energia utilizzata per raffreddarlo e riscaldarlo più l’hardware per realizzarlo hanno avuto un enorme successo in termini di praticità ed economia. Il problema è da dove potrebbe arrivare una fornitura di magnesio per soddisfare la domanda mondiale.