La natura come modello per lo stoccaggio sostenibile dell'idrogeno
In che modo la biocatalisi potrebbe migliorare la tecnologia LOHC
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L’idrogeno è ampiamente considerato una pietra miliare per un’industria energetica e chimica a impatto zero sul clima. Per sfruttarne appieno il potenziale, tuttavia, deve essere immagazzinato e trasportato in modo sicuro, efficiente e con un consumo energetico minimo. In un nuovo articolo di sintesi, i ricercatori della RWTH e dell’Istituto Helmholtz di Erlangen-Norimberga per le energie rinnovabili esaminano in che modo i sistemi biologici potrebbero contribuire a plasmare la prossima generazione di tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno liquido.
In un articolo di revisione accettato per la pubblicazione sulla rivista *Renewable and Sustainable Energy Reviews*, intitolato [titolo dell’articolo], il dott. Michael Geißelbrecht, Hannes Mandon, il prof. Peter Wasserscheid e il prof. Lars Lauterbach indagano su quali principi alla base della conversione biologica dell’idrogeno potrebbero ispirare la prossima generazione di vettori organici liquidi di idrogeno (LOHC). Questi composti liquidi sono in grado di legare chimicamente l’idrogeno, immagazzinarlo e rilasciarlo quando necessario. Poiché mantengono lo stato liquido durante l’intero processo, possono essere gestiti in gran parte utilizzando le infrastrutture esistenti per i combustibili liquidi e altri vettori energetici.
Rimane tuttavia una sfida importante. Molti sistemi LOHC attuali richiedono temperature elevate, catalizzatori specializzati e condizioni operative accuratamente controllate per immagazzinare e rilasciare l’idrogeno in modo efficiente. È qui che la biologia offre una preziosa fonte di ispirazione. Gli organismi viventi sono in grado di convertire l’idrogeno e gli elettroni con notevole efficienza in condizioni moderate. Per farlo, i microrganismi si avvalgono delle idrogenasi, enzimi che attivano e rilasciano l’idrogeno, insieme a sistemi redox biologici altamente sofisticati.
“I catalizzatori biologici dimostrano come l’idrogeno possa essere convertito con notevole selettività in condizioni moderate. Questi principi di progettazione naturali potrebbero ispirare una nuova generazione di sistemi LOHC bio-ispirati. Il nostro obiettivo è testare questi concetti utilizzando biocatalizzatori per la conversione dell’idrogeno e valutarne il potenziale per le tecnologie sostenibili basate sull’idrogeno”, afferma il professor Lars Lauterbach dell’Istituto di Microbiologia Applicata dell’Università RWTH di Aquisgrana.
La ricerca unisce due campi che si sono evoluti in gran parte in modo indipendente: la biocatalisi molecolare e lo stoccaggio chimico dell’idrogeno. Il gruppo di Lauterbach presso la RWTH apporta la propria esperienza nei biocatalizzatori a base di idrogeno e nei sistemi biologici per la conversione di substrati gassosi, mentre il team del professor Peter Wasserscheid presso l’Istituto Helmholtz di Erlangen-Norimberga per le energie rinnovabili sviluppa tecnologie basate su vettori organici liquidi di idrogeno. Presso il centro di ricerca WSS «catalaix», questi approcci complementari vengono combinati per far progredire le tecnologie catalitiche a favore di un’economia circolare sostenibile.
«Le tecnologie LOHC sono particolarmente interessanti perché immagazzinano l’idrogeno in forma liquida, consentendo di sfruttare le infrastrutture di stoccaggio e trasporto esistenti», afferma Wasserscheid. «Traendo ispirazione dai sistemi biologici, possiamo individuare nuove strategie per far funzionare i futuri sistemi LOHC in condizioni più moderate, con maggiore selettività e una maggiore durata dei catalizzatori».
La rassegna evidenzia diversi principi biologici che potrebbero contribuire a plasmare le future tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno. Tra questi figurano microambienti su misura nei siti catalitici, mediatori redox-attivi, trasferimento di elettroni accoppiato a protoni e vie di reazione accoppiate. A lungo termine, questi concetti potrebbero contribuire ad abbassare le temperature di reazione, ridurre le reazioni collaterali indesiderate e prolungare la durata sia dei catalizzatori che delle molecole vettori.
Anziché introdurre un nuovo composto LOHC, la pubblicazione presenta un quadro concettuale per la progettazione della prossima generazione di catalizzatori e molecole vettori, combinando la robustezza dei sistemi chimici con la precisione di quelli biologici. Unendo le competenze della RWTH e dell’Istituto Helmholtz, i ricercatori aprono nuove strade per tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno più efficienti, più selettive e, in ultima analisi, più sostenibili.
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