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Traduzione a cura di Denis Gobbi 

Degli ingegneri della Oregon State University hanno compiuto un notevole passo in avanti nelle prestazioni relative alle cellule di combustibile microbiche in grado di produrre elettricità direttamente dalle acque di scarico, aprendo la porta ad un futuro dove gli impianti di trattamento dei rifiuti non solo si autoalimenteranno, ma venderanno anche l’energia in eccesso.

Hong Liu,un’ingegnere della Oregon State University, ha sviluppato nuovi metodi molto più efficienti per il trattamento delle acque reflue e la generazione di energia da quest’ultime.

La nuova tecnologia sviluppata alla OSU può produrre ora da 10 a 50 volte l’elettricità per volume di altre celle simili attualmente in sviluppo, in alcuni casi anche 100 volte tanto.

I ricercatori hanno dichiarato che ciò potrebbe cambiare il modo in cui le acque reflue vengono trattate in tutto il mondo, sostituendo il sistema dei “fanghi attivi” correntemente in uso in tutto il mondo da più di un secolo. Il nuovo approccio potrebbe effettivamente generare molta elettricità ed in contemporanea pulire le acque reflue.

Le scoperte sono state pubblicate su “Energy and Environmental Science” un giornale professionale fondato dalla National Science Foundation.

“Se questa tecnologia funzionerà su scala commerciale nella maniera che pensiamo possa fare, il trattamento delle acque nere potrebbe essere una grande fonte di energia, e non una grande consumatrice come lo è ora.” Ha detto Hong Liu, un professore associato al Dipartimento di Ingegneria Biologica ed Ecologica della OSU. “Questo potrebbe avere un impatto in tutto il mondo, facendo risparmiare molti soldie  provvedendo ad un migliore trattamento di queste acque oltre che a promuovere l’energia sostenibile.” Gli esperti stimano che attualmente ben il 3% di tutta l’energia consumata negli Stati Uniti sia dovuta agli impianti che attualmente trattano questi rifiuti, e la maggior parte dell’energia che usano è prodotta da combustibili fossili e ciò contribuisce al riscaldamento globale.

Ma le caratteristiche biodegradabili delle acque reflue, se sfruttate al loro massimo potenziale, potrebbe teoricamente fornire più e più volte l’energia che attualmente consumano gli impianti oggi, senza provocare ulteriori emissioni.

I ricercatori della OSU hanno riportato diversi anni fà le promesse di questa tecnologia, ma a quel tempo il sistema produceva ancora una quantità d’energia irrisoria. Con i nuovi prototipi — ridotto spazio tra anodo/catodo, microbi evoluti e migliori materiali per i separatori — la tecnologia può ora produrre più di 2KW per metro cubo di liquido impiegato nel reattore. Questo ammontare di densità energetica eccede di gran lunga qualsiasi altro sistema simile visto in precedenza.

Il sistema funziona anche meglio di un altro sistema usato per ricavare energia da queste acque, basato sulla digestione anaerobica di alcuni batteri che producono metano. Questa nuova tecnologia permette infatti non solo di avere più efficienza ma di non rappresentare come questa concorrente un possibile impatto ulteriore sull’ambiente, come la produzione non voluta di solfuro di idrogeno o possibili perdite di metano, un potente gas serra.

Il nuovo sistema è già stato testato su larga scala in laboratorio, ha detto Liu, ed il prossimo step sarà un progetto pilota. La ricerca dei fondi è già stata avviata. un buon candidato ha detto potrebbe essere un’industria alimentare, chepossiedono un flusso chiuso che produce costantemente alcuni tipi dia cque reflue che potrebbero generare ingenti quantità di energia. La ricerca continuerà e potrebbe anche trovare modi più ottimali per usare questi microbi, ridurre i costi materiali e migliorare l’usabilità di questa tecnologia su scala commerciale.

Quando ulteriori passi saranno compiuti per ridurre i costi materiali, i ricercatori stimano che i capitali richiesti per costruire i nuovi impianti sarà comparabile a quella richiesti per gli impianti correntemente in uso, ed anche più bassi considerando i costi ridotti di funzionamento e le possibili entrate in futuro derivanti dall’energia prodotta in eccesso.

Questa tecnologia pulisce i liquami con un approccio radicalmente differente da quello usato in passato.  I batteri ossidano la materia organica e, durante il processo, producono elettroni che corrono da un anodo ad un catodo all’interno della cella a combustibile, generando una corrente elettrica.  Quasi tutti i tipi di rifiuti organici possono essere usati per produrre energia in questo modo, non soloa cque reflue ma anche paglia, erba, rifiuti di origine animale o sottoprodotti di essi prodotti da industrie come quella del vino, della birra e quella lattiero/casearia.

Questa tecnologia inoltre potrebbe avere un valore aggiunto in quei paesi in via di sviluppo dove l’accesso all’energia elettrica è limitato e come risultato il trattamento dei rifiuti in luoghi remoti è molto difficile o impossibile.

L’abilità che i microbi hanno nel produrre elettricità è conosciuto da decadi, ma solo recentemente abbiamo sviluppato la tecnologia necessaria a rendere questa produzione conveniente per la sua applicazione su scala commerciale.

Fonti:  RSCPublishing

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Traduzione a cura di Denis Gobbi 

Questa immagine raffigura la serie di reazioni che subisce l'acqua durante la separazione in molecole di idrogeno e ioni di idrossido (OH-). Il processo viene innescato dai grappoli di Idrossido di Nickel (verde) incorporati in un quadro di platino (grigio).

Questa immagine raffigura la serie di reazioni che subisce l'acqua durante la separazione in molecole di idrogeno e ioni di idrossido (OH-). Il processo viene innescato dai grappoli di Idrossido di Nickel (verde) incorporati in un quadro di platino (grigio).

Quando si tratta di produzione industriale di sostanze chimiche, spesso l’elemento più indispensabile è proprio il meno visibile, anzi esso è invisibile, non lo puoi annusare, toccare nè tantomeno gustarlo. E’ l’idrogeno, l’elemento più leggero che esista.

I ricercatori del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) nell’Argonne National Laboratory sono riusciti a sviluppare uno straordinario ed efficiente processo di ellettrolisi in due fasi che separa gli atomi di idrogeno dalle molecole d’acqua prima di ricombinarli tra di loro per dare forma ad idrogeno molecolare (H2). Questo idrogeno molecolare può essere utilizzato in qualsiasi applicazione: dalle celle combustibili alla trasformazione industriale.

Strade più accessibili e semplici alla produzione dell’idrogeno sono state a lungo bersaglio di molti scienziati ed ingegneri, principalmente perchè il processo richiede esso stesso una grande quantità di energia, basti pensare al fatto che il 2% di tutta l’energia prodotta negli Stati Uniti è dedicata proprio alla produzione di idrogeno molecolare. Si stà cercando quindi un modo per ridurre questa questa cifra.

“La gente comprende che una volta che hai l’idrogeno, da esso puoi estrarre un moltissima energia, ma non si rende conto di quanto sia difficile ottenerlo in primis.” ha detto Nenad Markovic, il chimico che ha guidato la ricerca.

Mentre una gran quantità di idrogeno viene creata dalla riformazione naturale del gas ad alta temperatura, questo processo genera emissioni di anidride carbonica. “Gli elettrolizzatori d’acqua sono fino ad ora il metodo più pulito per produrre l’idrogeno” ha detto Markovic. “Il metodo che abbiamo messo a punto combina le particolari caratteristiche di due dei migliori materiali noti per l’elettrolisi a base d’acqua.”

La maggior parte dei precedenti esperimenti di elettrolisi a base d’acqua si basano su metalli speciali, come il platino, per assorbire e ricombinare l’idrogeno reattivo intermedio in idrogeno molecolare stabile. La ricerca di Markovic si concentra sul passaggio precedente, che consiste nel miglioramento dell’efficienza con cui una molecola d’acqua in entrata di scompone nei suoi fondamentali componenti. Per fare ciò Markovic ed i suoi colleghi hanno aggiunto grappoli di una lega metallica conosciuta come Idrossido di Nickel [Ni(OH)2]. Collegati ad un quadro di platino, i grappoli lacerano le molecole d’acqua, permettendo all’idrogeno liberato di essere catalizzato dal platino.

“Uno dei punti più importanti di questo esperimento  consiste nella combinazione di due materiali che hanno punti di forza differenti.” ha detto Markovic. “Il vantaggio di usare sia gli ossidi che i metalli in combinazione migliora drasticamente l’efficienza catalizzante dell’intero sistema”.
In accordo con George Crabtree, studioso dei materiali dell’Argonne National Laboratory che ha aiutato inizialmente nell’avviare questo programma energetico di conversione, il successo dei ricercatori è da attribuire alla loro capacità di lavorare in quelli che vengono definiti come “sistemi monocristallini” materiali privi di difetti che permettono agli scienziati di prevederne accuratamente il comportamento a livello atomico. “Non solo abbiamo aumentato l’attività catalitica di un fattore di 10, ma abbiamo anche capito come ogni singola parte del sistema funziona. Con lo scaling dal singolo cristallo al catalizzatore vero e proprio, questo lavoro illustra come la comprensione fondamentale porta a nuove innovative tecnologie”.
Fonte: anl.gov

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