Ottenimento di idrogeno dalla radiazione solare mediante sonofotolisi

La possibilità di ottenere idrogeno dall’acqua, che ne è, sicuramente, la fonte maggiore, appare una delle soluzioni migliori soprattutto in termini di disponibilità. Se a questo si aggiunge l’eventualità di utilizzare come mezzo energetico di produzione la radiazione solare, pulita e gratuita, l’idea, quantomeno da un punto di vista teorico, appare risolutiva. In realtà, però, esistono almeno due problematiche che limitano, in parte, questa possibilità e sono dovute al fatto che, da un lato le radiazioni con più alto contenuto di energia sono in larga misura assorbite dall’atmosfera e dall’altro l’acqua è in gran parte trasparente alle lunghezze d’onda necessarie a scindere il legame tra idrogeno e ossigeno nella molecola. La radiazione disponibile al suolo in condizioni di cielo sereno alla nostra latitudine ha una potenza pari a circa 450 W/m2. A titolo di completezza si ricorda che l’energia necessaria per la scissione del legame H-O è di circa 460 KJ/mole a cui corrisponde una lunghezza d’onda secondo la legge di Plank, pari a circa 261 nm pertanto soltanto i fotoni appartenenti a tale lunghezza d’onda (ultravioletto) sono in grado di scindere il legame covalente dell’acqua. In realtà, però, la componente UV nello spettro solare è presente in misura estremamente ridotta rispetto a quella del visibile e dell’infrarosso per effetto dell’ozono presente negli strati superiori dell’atmosfera costituisce una vera e propria barriera all’ultravioletto. La soluzione a un problema di questo tipo può aversi soltanto se si prende in considerazione la possibilità di sfruttare una fonte energetica complementare in grado di coadiuvare energicamente il processo di scissione attivato dall’irradiamento mediante vibrazioni molecolari in grado di ingenerare nel legame tre tipi di mutamento: lo stiramento, la deformazione piana e la rotazione interna. L’idea alla base di questo progetto è che gli ultrasuoni potrebbero garantire l’apporto di energia richiesta consentendo di ottenere idrogeno per mezzo di un processo combinato di “foto-sonolisi”. A tal fine è stata condotta una ricerca il cui scopo è la misura delle proprietà spettrofotometriche dell’acqua sottoposta ad ultrasuoni al variare della temperatura e della frequenza degli ultrasuoni stessi. In particolare si è calcolato l’andamento del coefficiente di assorbimento dell’acqua, individuando il valore della temperatura e della frequenza degli ultrasuoni per i quali l’assorbimento sia massimo nello spettro visibile. In tale ambito si è inserito il progetto e la realizzazione di un apparato sperimentale di concezione originale per la verifica del processo di scissione della molecola dell’acqua attraverso l’impiego combinato di energia solare ed ultrasuoni (sonofotolisi). Le prove sono state effettuate al variare delle condizioni operative quali durata di esposizione, frequenza degli ultrasuoni, pressione e temperatura. Le prove hanno dato esito positivo, quindi è stata valutata l’efficienza di produzione di idrogeno, nel caso di effetto combinato di luce e vibrazioni nel reattore contenente acqua. Si è inoltre riscontrata una linearità temporale nella produzione dell’idrogeno. Seppur ancora allo stato embrionale, questa tecnologia ha messo in luce, attraverso le prove effettuate, notevoli margini di miglioramento ed interessanti spunti per futuri sviluppi.