La scissione dell’acqua è il processo di scomposizione del composto chimico dell’acqua nei suoi elementi costitutivi di idrogeno e ossigeno. Esistono molti approcci alla scissione dell’acqua, il più comune dei quali è l’elettrolisi, in cui una corrente elettrica viene fatta passare attraverso l’acqua per produrre ioni idrogeno e ossigeno. Sebbene molti metodi di scissione dell’acqua non siano efficienti dal punto di vista energetico in termini di energia necessaria per separare l’idrogeno e l’ossigeno dall’acqua rispetto all’energia che può essere derivata in seguito dall’idrogeno puro come combustibile, il processo è comunque visto come una potenziale alternativa alla sostituzione di un dipendenza dai combustibili fossili. Le applicazioni che utilizzano l’energia solare e nuovi catalizzatori chimici per scindere l’acqua offrono un metodo promettente per produrre guadagni netti di energia rinnovabile senza produrre emissioni di gas serra o altri inquinanti nel processo.
La scissione fotocatalitica dell’acqua utilizzando l’energia della luce o utilizzando altre fonti di energia rinnovabile come l’energia eolica viene ora impiegata per generare corrente elettrica in nuove forme di elettrolisi. L’obiettivo è creare un sistema di scissione dell’acqua che sia interamente alimentato da fonti energetiche rinnovabili, come la luce solare, rendendo la produzione di idrogeno competitiva rispetto ai combustibili fossili. La sfida nel processo è stata quella di sviluppare elettrodi realizzati con materiali economici e durevoli. Si è scoperto che i composti di cobalto e borato di nichel offrono una maggiore efficienza e sono economici e facili da produrre. Sebbene questi nuovi composti di elettrodi siano sicuri nei sistemi commerciali di produzione di combustibile solare, non possono ancora competere con l’efficienza dei metodi di elettrolisi industriale che utilizzano composti alcalini pericolosi come soluzioni elettrolitiche.
I meccanismi di scissione dell’acqua che offrono le maggiori promesse in termini di guadagno energetico si basano sul processo di fotosintesi che le piante utilizzano per convertire la luce solare in energia chimica. Mentre i sistemi naturali per questo sono molto lenti e i sistemi artificiali che lo imitano inizialmente avevano un’efficienza inferiore all’1% quando la ricerca è iniziata su di essi nel 1972 in Giappone, nuovi processi stanno aumentando i livelli di produzione di idrogeno. I ricercatori giapponesi nel 2007 hanno iniziato a rivestire elettrodi in silicio microcristallino idrogenato con nanoparticelle di platino, che hanno ulteriormente aumentato la stabilità e la durata degli elettrodi e la loro capacità catalitica alla scissione dell’acqua.
Una ricerca simile presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) negli Stati Uniti mira a tassi di conversione dell’efficienza da solare a idrogeno del 14% nell’anno 2015 con una maggiore durata degli elettrodi da 1,000 ore nel 2005 a 20,000 ore nel 2015. All’aumentare di questa efficienza, il costo corrispondente di produzione di combustibili a idrogeno diminuisce, con un costo in dollari USA (USD) per chilogrammo ($/kg) di produzione di H
2
nel 2005 a 360 $/kg fino a $ 5/kg nel 2015. Anche a questo livello, la scissione dell’acqua per produrre idrogeno è ancora da tre a dieci volte più costosa rispetto alla generazione di combustibili a base di idrogeno dalla riforma del
gas naturale
. La ricerca ha ancora una certa distanza da percorrere prima di essere competitiva economicamente con il settore energetico consolidato.