Idrogeno a basso costo

Per produrre H2? Acqua, amido ed enzimi

Ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), del Virginia Tech e dell’Università della Georgia si sono riuniti per elaborare un nuovo metodo che a partire da polisaccaridi quali amido o cellulosa è in grado di produrre idrogeno a basso costo e ad un rendimento superiore al rendimento teorico delle fermentazioni biologiche.

Nonostante gli sforzi, l’economia all’idrogeno stenta ad affermarsi per diverse ragioni. In primo luogo incide molto il costo di produzione, dato che a livello industriale l’idrogeno deriva per lo più da gas naturale, una risorsa esauribile che diviene sempre più pregiata. Seguono poi i problemi legati allo stoccaggio e alla distribuzione, complicati dal fatto che trattandosi di un gas, per lo più altamente infiammabile, servono grandi volumi e sistemi di sicurezza adeguati. Lo stesso rifornimento resta tutt’oggi difficoltoso a causa delle infrastrutture non adeguate.

Con questa premessa la soluzione a cui sta lavorando l’equipe di studiosi condotta da Y.H. Percival Zhang, del dipartimento di ingegneria dei sistemi biologici del Virginia Tech, risulta ancora più interessante, perché incontra la necessità di individuare “un modo semplice per stoccare e trasportare idrogeno e un processo semplice per produrlo”.

Applicando principi di biologia sintetica, il team di ricercatori utilizza un complesso sintetico di 13 enzimi (mai trovati insieme in natura) per catalizzare una via metabolica e convertire i polisaccaridi e l’acqua in idrogeno ogni qual volta questa forma di energia si renda necessaria.

Polisaccaridi come amido e cellulosa sono composti molto stabili (finché non siano esposti ad enzimi) e sono utilizzati dalle piante per immagazzinare energia e consentire la crescita dell’organismo. Non appena si aggiungono gli enzimi ad una miscela di amido e acqua, questi usano l’energia contenuta nell’amido per favorire l’idrolisi dell’acqua producendo idrogeno e CO2. Una membrana espelle poi la CO2 e l’idrogeno può essere usato dalle celle a combustibile per produrre energia elettrica. L’acqua prodotta dalla reazione viene riciclata nel reattore amido-acqua.

Le prove di laboratorio hanno dimostrato che la reazione avviene alla pressione atmosferica e con temperature inferiori a 30°C.

I ricercatori hanno valutato che il costo di produzione dell’idrogeno, usando il loro metodo, è
inferiore a 1,5 euro/kg tutto compreso. L’ordine di grandezza è, dunque, simile all’attuale costo di produzione dei carburanti tradizionali, con la differenza che con 1 kg di amido si produrrebbe la stessa energia contenuta in 1,10 kg di benzina.

Il concetto che il team sta sviluppando è quello di miscelare la soluzione acqua-amido con la soluzione enzimatica direttamente nel serbatoio, ottenendo così la produzione di idrogeno “on-demand”, risolvendo potenzialmente 3 problemi: densità energetica, trasporto e distribuzione del carburante a base di idrogeno, nonché un sistema completamente non tossico e non infiammabile.

L’obiettivo del team di ricerca è ora quello di aumentare i tassi di reazione e ridurre i costi degli enzimi.

Per saperne di più: PLoS ONE