Generazione di elettricità direttamente dal metilcicloesano utilizzando SOFC

La generazione diretta richiede energia inferiore rispetto alla reazione di deidrogenazione di MCH.

Alcuni ricercatori giapponesi sono riusciti a generare elettricità direttamente dal metilcicloesano, un idruro organico, utilizzando celle a combustibile a ossido solido (SOFC) con energia inferiore rispetto alle tradizionali reazioni di deidrogenazione catalitica.

La produzione di energia mediante celle a combustibile che utilizzano l’idrogeno è una delle tecnologie chiave per realizzare una società a basse emissioni di carbonio. È abbondante e versatile ed emette solo acqua se utilizzato come combustibile.

Tuttavia, per diffondere una società dell’idrogeno, è altrettanto importante sviluppare le infrastrutture per l’idrogeno quanto lo è sviluppare le celle a combustibile. Esistono vari vettori di idrogeno attualmente allo studio a questo scopo, tra cui idrogeno gassoso ad alta pressione, idrogeno liquido, ammoniaca, acido formico e idruri organici.

In particolare, si prevede che il metilcicloesano (MCH), uno degli idruri organici, sia un ottimo trasportatore di idrogeno in grado di trasportare e immagazzinare idrogeno in modo sicuro ed efficiente. La deidrogenazione dell'MCH in presenza di un catalizzatore produce idrogeno e toluene come sottoprodotto, quindi da quell'idrogeno viene generata elettricità.

Tuttavia, il processo di deidrogenazione è una reazione endotermica e la perdita di energia irrecuperabile, così come le strutture necessarie per la reazione, rappresentano un problema.

Recentemente, i ricercatori dell’Università Waseda in Giappone sono riusciti a utilizzare SOFC per generare elettricità direttamente dal metilcicloesano recuperando allo stesso tempo il toluene in modo che possa essere riutilizzato. Si prevede che questa ricerca non solo ridurrà il fabbisogno energetico ma aprirà anche nuove possibilità per la sintesi chimica utilizzando celle a combustibile.

Il gruppo di ricerca ha tentato di eseguire due processi contemporaneamente in una cella a combustibile: la deidrogenazione da idruri organici, una reazione endotermica, e la generazione di elettricità, una reazione esotermica. Per raggiungere questo obiettivo, hanno utilizzato una cella a combustibile a ossido solido supportata da un anodo che funzionava a una temperatura più elevata rispetto a una cella a combustibile con elettrolita polimerico.

Il team è riuscito a farlo funzionare a una temperatura che non consentiva la pirolisi degli idruri organici e in condizioni che impedivano la deposizione di carbonio sugli elettrodi. Hanno riferito che il rapporto di produzione tra toluene e benzene era 94:6, il che è un risultato significativo.

Questi risultati indicano che una SOFC estrae con successo gli elettroni direttamente dall'MCH e genera elettricità utilizzando la funzione di conduzione degli ioni di ossigeno della SOFC. Questo metodo mostra il potenziale per la generazione di elettricità senza la necessità di impianti di deidrogenazione e con meno energia richiesta rispetto alla deidrogenazione MCH convenzionale assistita da catalizzatore.

“Le celle a combustibile sono state studiate e sviluppate come dispositivi che producono elettricità altamente efficiente e priva di carbonio attraverso la reazione elettrochimica di idrogeno e ossigeno. In questo studio, abbiamo dimostrato che questo dispositivo può essere applicato per controllare le reazioni di deidrogenazione da idruri organici e le reazioni di sostituzione dell'ossigeno degli anelli aromatici. In futuro, sarà possibile creare una nuova chimica sintetica applicando le celle a combustibile”, conclude il professor Akihiko Fukunaga, che ha guidato la ricerca.

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