Il ferro presente nell’elettrolita può migliorare le prestazioni degli elettrodi al nichel. Il suo effetto dipende però dai materiali e dalle condizioni operative
Produrre idrogeno verde con un minore consumo di elettricità è una delle sfide dell’elettrolisi alcalina dell’acqua, nota con la sigla AWE. Questa tecnologia separa l’acqua in idrogeno e ossigeno e, quando è alimentata da energia elettrica rinnovabile, permette di ottenere idrogeno verde.
Uno dei suoi vantaggi è la possibilità di utilizzare catalizzatori a base di metalli non nobili, come il nichel. Una caratteristica che può contenere i costi dei materiali e favorire la diffusione degli impianti.
Perché l’efficienza dell’elettrolisi alcalina conta
Il processo comprende due reazioni: la produzione di idrogeno al catodo, indicata come HER, e la produzione di ossigeno all’anodo, chiamata OER.
La lentezza della reazione che genera ossigeno rappresenta un ostacolo all’efficienza. Anche la produzione di idrogeno può richiedere un aumento significativo della tensione quando si cerca di incrementare la corrente per unità di superficie dell’elettrodo.
Questo comportamento viene descritto, nel regime appropriato, dalla pendenza di Tafel: quanto più è elevata, tanto maggiore è l’aumento della sovratensione necessario per far crescere la densità di corrente. Servono quindi elettrocatalizzatori capaci di facilitare entrambe le reazioni, limitando le perdite energetiche.
Come il ferro influenza gli elettrodi al nichel
Il ferro disciolto nell’elettrolita, la soluzione che consente il trasporto degli ioni, può modificare le prestazioni degli elettrodi al nichel. Negli impianti industriali può provenire anche dai componenti in acciaio, come tubazioni e serbatoi.
Uno studio di Maximilian Demnitz e colleghi, pubblicato su iScience nel 2024, ha mostrato che, nelle condizioni sperimentali analizzate, il ferro favorisce entrambe le reazioni. Al catodo forma depositi che aumentano la superficie attiva; all’anodo contribuisce alla formazione di ossiidrossidi misti di nichel e ferro, più efficaci nella produzione di ossigeno. Nei test su una cella a flusso, l’aumento della concentrazione di ferro ha ridotto la sovratensione complessiva di circa 200 millivolt.
Un beneficio da controllare nel tempo
L’effetto del ferro cambia con il tipo di elettrodo. Una ricerca pubblicata nel 2025 su Chemical Science ha osservato un miglioramento della produzione di idrogeno su reti di nichel semplice, ma un effetto trascurabile su reti di nichel poroso Raney.
Lo stesso studio ha evidenziato che il deposito progressivo di ferro al catodo può impoverire l’elettrolita, riducendo la disponibilità di ferro all’anodo e peggiorando l’attività nella produzione di ossigeno.
Questi risultati indicano che controllare la concentrazione del ferro può essere utile quanto scegliere il catalizzatore. Per rendere più competitiva la produzione di idrogeno verde, la ricerca deve valutare insieme consumo energetico, costo dei materiali e stabilità delle prestazioni durante il funzionamento.
