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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Un team internazionale di scienziati ha inventato un dispositivo economico in grado di immagazzinare energia solare a livelli di efficienza mai visti prima in questo campo

hydrogen

 

 

Uno dei più grandi problemi dell’energia solare in quanto a rimpiazzo come solida e conveniente alternativa dei combustibili fossili consiste nel cosa fare quando il sole non splende nel cielo. Un team internazionale di scienziati sembra aver trovato una promettente soluzione a questo problema.

Guidati da Michael Graetzel, direttore del Laboratorio di Fotonica e Interfacce al Politecnico Ecole in Svizzera, questa squadra ha creato un dispositivo in grado di catturare energia dal sole e convertirla in idrogeno da essere stoccato per utilizzarlo come carburante o dato in pasto ad una cella combustibile per ricavarne ellettricità immediata.

Chiamato “water-splitter” questo dispositivo viene etichettato come l’ultima grande scoperta nel campo della tecnologia fotovoltaica da Kevin Bullis del MIT’s Technology Review perchè soddisfa tre dei quattro requisiti necessari alla creazione di un congegno pratico. Prima di tutto, è altamente efficiente. E’ infatti costruito con un nuovo tipo di materiale chiamato perovskite, materiale scoperto nel 2009 e capace di assorbire la luce in maniera molto più efficace del silicio: il materiale comunemente usato oggi al suo posto all’interno delle celle fotovoltaiche. Secondo Bullis, può immagazzinare fino al 12,3% dell’energia solare in forma di idrogeno, un dato impressionante dato che i più efficienti convertitori solare-idrogeno si aggirano intorno al 10% di efficienza.

Secondariamente, è economico da produrre in quanto composto solamente da materiali economici. Terzo, questi materiali sono estraibili in quantità, perciò il dispositivo è anche facile da produrre. Sopra alla perovskite, il dispositivo utilizza l’economico nickel e ferro come catalizzatori nei suoi due elettrodi “water-splitter”, uno producente idrogeno mentre l’altro ossigeno quando a contatto con l’acqua.

“Il catalizzatore progettato in lavori precedenti dimostra come l’idrossido di nickel sia un catalizzatore promettente, e aggiungendo il ferro possiamo riuscire a migliorarlo. I ricercatori hanno aggiunto il ferro all’idrossido di nickel formando una struttura a strati, posizionando il catalizzatore sopra una schiuma “porosa”di nickel per icnrementare l’area ove avvengono le reazioni , velocizzandole” ha affermato Bullis.

Il quarto criterio necessario ad un dispositivo per risultare efficace è l’affidabilità, punto su cui sta correntemente lavorando il team. Per ora, il processo mantiene il suo alto livello d’efficienza solo per poche ore prima di cominciare a perderla gradualmente, questo perchè la perovskite si degrada molto più velocemente rispetto al silicio. Ma il team, che include ricercatori da Svizzera, Singapore e Korea, è riuscito fino ad ora ad estendere la sua durata a più di un mese aggiungendo uno strato di carbonio. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science. Sono ora al lavoro per incrementare ulteriormente questa caratteristica.

Potete vedere il dispositivo in azione qui sotto:

Fonte: technologyreview.com

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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Scienziati all’Università di Manchester hanno fatto una scoperta entusiasmante dopo aver osservato come i girini rigenerano le loro code, ciò potrebbe avere pesanti implicazioni sulla ricerca per la guarigione e rigenerazione umana.

Professor Amaya

Professor Amaya

Le rimarcabili capacità rigenerative di rane e salamandre in contrasto contro quelle dei mammiferi (inclusi gli esseri umani) sono diffusamente conosciute. Per esempio, se un girino perde la sua coda, nel giro di una settimana è in grado di rigenerarne un’altra. Per diversi anni il Professor Enrique Amaya e la sua squadra al “The Healing Foundation Centre in the Faculty of Life Sciences” ha tentato di comprendere meglio questo processo rigenerativo, nella speranza di poter usare queste informazioni per poter ideare nuove terapie volte a migliorare l’abilità negli esseri umani di curarsi e rigenerarsi.

In uno studio precedente, il gruppo del Professor Amaya ha identificato quali geni sono attivati durante la rigenerazione del tessuto. Inaspettatamente, lo studio ha rivelato che diversi geni coinvolti nel meccanismo metabolico vengono attivati, in particolare quelli connessi alla produzione di ROS (reactive oxygen species), molecole attive contenenti ossigeno. Il lato inusuale di questa scoperta è il fatto che generalmente si pensa che le ROS siano dannose per le cellule.

Il Professor Amaya ed il suo gruppo hanno deciso di seguire questa strada inaspettata e le loro nuove scoperte verranno pubblicate sul nuovo numero di “Nature Cell Biology

Per esaminare i ROS durante la rigenerazione della coda, viene misurato il livello di H2O2 (perossido di idrogeno, una molecola reattiva dell’ossigeno specialmente sulle cellule) grazie ad una molecola fluorescente che cambia le proprietà di emissione luminosa in presenza del perossido. Usando questa avanzata forma di scansione, il Professor Amaya e la sua squadra sono stati in grado di mostrare come un marcato incremento di H2O2  si verifichi subito dopo l’amputazione della coda, e curiosamente, tale livello si mantiene alto durante l’intero processo di rigenerazione, il quale dura diversi giorni.

Parlando a proposito della ricerca Amaya afferma: ” Siamo molto sorpresi di rilevare grandi quantità di ROS durante la rigenerazione della coda, tradizionalmente si pensava che le ROS avessero un impatto negativo sulle cellule. Ma in questo caso sembrano averne uno positivo nel processo rigenerativo”.

girinoPer valutare quanto siano indispensabili queste molecole nel processo, il team del professore ha artificiosamente limitato la produzione di ROS tramite due metodi differenti. Il primo consistente nell’applicazione di prodotti chimici quali un antiossidante, e nel secondo caso rimuovendo un gene responsabile nella produzione di ROS. In entrambi i casi il processo di rigenerazione risulta inibito e la ricrescita della coda insussistente.

Il Professor Amaya racconta a proposito: “Quando incrementiamo i livelli di ROS, la crescita e rigenerazione dei tessuti fallisce. La nostra ricerca suggerisce come i ROS siano essenziali per iniziare e sostenere la risposta rigenerativa. Abbiamo inoltre scoperto che la produzione di ROS è essenziale nell’attivazione della segnalazione wnt, che risulta noto da ogni studio su questo tema essere generalmente implicata in ogni sistema di rigenerazione, incluso quello degli esseri umani. E’ anche sorprendente il fatto che gli antiossidanti nel nostro studio abbiano ostacolato la rigenerazione, quando ci viene generalmente ripetuto quanto essi siano benefici per la salute”.

La pubblicazione dello studio del Professor Amaya arriva giusto pochi giorni dopo la pubblicazione di un documento dal Premio Nobel e co-scopritore della struttura del DNA, James Watson, suggerente il fatto che gli antiossidanti potrebbero essere nocivi per le persone con un cancro in fase avanzata di sviluppo.

perons-tadpole-23-02-08_largeIl commento del Professor Amaya: “E’ molto interessante che ben due pubblicazioni differenti a così breve distanza suggeriscano il fatto che gli antiossidanti non facciano sempre così bene. Queste scoperte stanno portando ad un capovolgimento di pensiero riguardo i relativi benefici ed effetti collaterali che gli ossidanti e gli antiossidanti possono avere sulla salute umana, e sicuramente gli ossidanti, tra cui i ROS, potrebbero giocare un ruolo molto importante nella rigenerazione dei tessuti”.

Il prossimo passo per il team al “Healing Foundation Centre” sarà quello di studiare i ROS ed il loro ruolo nella rigenerazione tissutale più da vicino. Con una migliore comprensione di ciò, essi sperano di poter applicare le loro scoperte alla medicina umana, magari identificando come manipolare i livelli di ROS di modo che possano influire in meglio sulla nostra capacità rigenerativa dei tessuti. Questa è la spiegazione su quanto oggi questi studi siano importanti per la moderna medicina rigenerativa.

Fonte: Università di Manchester

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Traduzione a cura di Daniel Iversen

Electronic microscopic image of a nanoforest, or "3D branched nanowire array." Green tint added for contrast. Image Credit: (Credit: Wang Research Group, UC San Diego Jacobs School of Engineering)

Università della California, San Diego. Ingegneri elettronici stanno costruendo una foresta di piccolissimi alberi nanowire al fine di catturare l’energia del sole in maniera pulita senza usare combusibili fossili per destinarla alla produzione di idrogeno.

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Come segnalato nella rivista Nanoscale, il team ha spiegato che i nanowires, fatti con materiali naturali abbondanti come silicio e ossido di zinco, offrono anche una via economica per fornire l’idrogeno combustibile ad una massa di persone più grande.

“E’ un modo pulito per generare del carburante pulito”, dice Deli Wang, professore presso il Dipartimento di ingegneria informatica ed elettronica al UC San Diego School of Engineering.

La struttura verticale e i rami di questi alberi sono le principali chiavi per catturare la massima quantità di energia solare, secondo Wang, ciò perchè questo tipo di struttura cattura e assorbe la luce al contrario delle superfici piane, che la riflettono semplicemente, dice Wang, aggiungedo che ciò è simile alle cellule fotorecettrici della retina nell’occhio umano. Osservando le immagini della Terra fatte dallo spazio si nota che la luce viene riflessa da superfici piane, come oceani o deserti, mentre le foreste appaiono più scure.

Il team di Wang ha imitato questa struttura nella loro “matrice 3D ramificata e nanowire”, che utilizza un processo chiamato idrolisi foto-elettrochimica per produrre il gas idrogeno. L’idrolisi si riferisce al processo di scissione dell’acqua in molecole di ossigeno e idrogeno per estrarre quest’ultimo da utilizzare poi come combustibile.
Il processo utilizza energia pulita, senza sottoprodotti di gas serra. In confronto, il sistema convenzionale di produzione dell’idrogeno su basa su elettricità ottenuta da combustibili fossili.

“L’idrogeno è considerato pulito rispetto ai combustibili fossili perchè non vi è nessuna emissione di carbonio, ma quello attualmente utilizzato non viene affatto generato in maniera pulita” ha detto Ke Sun, studente dottorando in ingegneria elettronica che ha guidato il progetto.

Con la raccolta di una maggiore quantità di luce solare usando la struttura verticale dei nano-alberi, il team di Wang ha sviluppato un modo per produrre idrogeno in maniera più efficiente rispetto alle controparti planari.
Wang è inoltre affiliato con il California Institute of Techology e con il Material Science and Engineering Program al UC San Diego.

La struttura a fronda verticale ottimizza anche l’uscita del gas idrogeno, ha detto Dom Ad, come ad esempio, sull’ampia superficie piana di una pentola d’acqua che bolle, le bolle devono allargarsi per arrivare in superficie. Nella struttura dei nano-alberi, bolle di gas piccolissime possono venire estratte molto più velocemente. “Inoltre, con questa struttura, abbiamo migliorato di almeno 400,000 volte l’area di superficie per le reazioni chimiche” ha detto Sun.

Nel lungo periodo ciò a cui punta la squadra di Wang è ancora più grande: la fotosintesi artificiale. In questo processo le piante, dal momento in cui assorbono la luce del sole, raccolgono anche l’anidride carbonica (CO2) e l’acqua dall’atmosfera per creare carboidrati destinati alla propria crescita. Il team di Wang spera di imitare questo processo per catturare anche la CO2 dall’atmosfera, riducendo le emissioni di carbonio, e convertirlo in combustibile idrocarburico.

“Stiamo cercando di imitare quello che fa la pianta per convertire la luce del sole in energia” ha spiegato Sun. “Speriamo che in un futuro prossimo la nostra struttura a “nano-albero” potrà eventualmente fare parte di un dispositivo efficiente che funziona come un vero albero per la fotosintesi”

La squadra sta anche studiando delle alternative all’ossido di zinco, che assorbe la luce ultravioletta del sole, ma però ha problemi di stabilità che influenzano la durata di utilizzo della struttura a nano-albero.

Fonte: Sciencedaily

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Traduzione a cura di Daniel Iversen 

L’idrogeno ha un grande potenziale come fonte di energia pulita per alimentare le nostre auto ed aeroplani, pone però anche alcuni grandi ostacoli: la produzione, la distribuzione delle infrastrutture e lo stoccaggio.
Stoccare l’idrogeno in forma gassosa o liquida a bordo di un veicolo crea delle difficoltà in termini di volume e pressurizzazione – un serbatoio di idrogeno gassoso, per una normale autovettura, dovrebbe essere circa quattro volte più grande dei serbatoi attuali per la benzina.
Un’altra possibile soluzione è lo stoccaggio di idrogeno allo stato solido e la European Aeronautic Defense and Space Company (EADS), insieme all’Università di Glasgow, sperano di migliorare questo approccio sviluppando un nuovo sistema di stoccaggio usando materiali modificati in nanoscala che ricevono e rilasciano l’idrogeno ad un ritmo più veloce.

La collaborazione in questa ricerca mira a modificare la composizione e la microstruttura dell’attuale Hydrisafe, gli attuali serbatoi di stoccaggio per l’idrogeno.
Ciò consiste nel sostituire l’uso della corrente lega di nickel e lantanio (LaNi5) con altri materiali ibridi come l’idruro di magnesio (MgH2).

E’ auspicabile che la ricerca possa fornire una soluzione in grado di alimentare celle a combustibile alla densità di energia richiesta ad un aereo.

“L’utilizzare nuovi nanomateriali attivi in combinazione con i nuovi design dei serbatoi di stoccaggio, rappresenta un’opportunità estremamente interessante nell’affrontare le considerevoli sfide per introdurre l’idrogeno come carburante nell’aviazione” dice il professore Gregory presso la facoltà di chimica dell’Università di Glasgow.

In caso di successo, EADS prevede di poter lanciare un aereo di test senza pilota, alimentato a idrogeno, nel 2014.

“La sostituzione nelle auto e negli aerei dei combustibili tradizionali a base di idrocarburi con il non-inquinante idrogeno, porterebbe enormi benefici per l’ambiente visto che le emissioni di carbonio si ridurrebbero drasticamente” spiega il dottor ingegnere Agata Godula-Jopek, esperta di Fuel Cell nel team Power Generation della EADS.

Fonte: GizMag

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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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