Page 39 - Impiantistica industriale

L’energia solare,una risorsa
rinnovabile, può essere
“convertita in energia chimica
immagazzinata utilizzando un
dispositivo specializzato noto
come cella fotoelettrochimica,
dispositivo che consente un
processo innovativo chiamato
scissione dell’acqua, in cui
l’acqua viene convertita in
ossigeno e idrogeno
Figura 1 – Meccanismo di funzionamento della PEC immersa in un elettrolita acquoso, sottoposta ad illuminazione e a
Figura 1 – Meccanismo di funzionamento della PEC immersa in un elettrolita acquoso, sotto-
polarizzazione positiva (WE: fotoanodo; CE: Filo, griglia o foglio di un metallo nobile o del blocco d).
posta ad illuminazione e a polarizzazione positiva (WE: fotoanodo; CE: Filo, griglia o foglio di
un metallo nobile o del blocco d).
periore a 1.23 V, pari al potenziale globale delle banda di conduzione, da cui vengono strappati per
due reazioni. È possibile sfruttare l’energia sola- effetto di un “bias positivo” che favorisce la sepa-
re per convertirla prima in corrente elettrica e poi razione di carica e indirizzati a un CE metallico. Le
in energia chimica, sottoforma di “combustibili lacune rimaste nella banda di valenza del solido
solari”, di cui l’idrogeno è l’esempio più signi- sono invece attratte dalla superficie a contatto con
ficativo. Il dispositivo in grado di realizzare tale la soluzione in cui sono presenti le molecole da os-
processo è dunque la “Cella Fotoelettrochimica” sidare.
costituita, nella sua configurazione più semplice,
da un elettrodo di lavoro (Working-Electrode WE) 1.1 Materiali per il fotoanodo:
che funziona con luce solare, un controelettro- WO e α-Fe O
do (Counter-Electrode CE) cui viene trasferita la 3 2 3
carica, e un elettrodo di riferimento (Reference- L’ossido di tungsteno (WO ) e l’alfa-ematite
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Electrode RE) utilizzato per stabilire un potenziale (α-Fe O ) sono ossidi metallici e semiconduttori
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controllato , operanti all’interno di un elettrolita di “tipo n,” utilizzati come materiali fotoattivi per il
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acquoso. In generale, le reazioni di ossidazione fotoanodo nella PEC. Sono entrambi poco costo-
avvengono su di un materiale semiconduttore, e si e idonei allo splitting ossidativo della molecola
i processi di riduzione per lo sviluppo di idrogeno
avvengono sulla superficie di un materiale catali- Figura 2 – Fotoanodo di
tico, solitamente un metallo o un composto degli WO3 depositato su foglio di
Titanio come substrato me-
elementi di transizione . diante sintesi solvotermale
(2)
(dx) e fotoanodo di α-Fe O
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depositato su foglio di Tita-
PARTE 1 – Principi nio come substrato median-
te sintesi idrotermale (sx).
di funzionamento
La conversione di energia in una PEC avviene prin-
cipalmente per effetto di un materiale semicondut-
tore che, grazie alla propria struttura elettronica, è
in grado di assorbire la radiazione luminosa e di
trasformarla in un flusso di cariche elettriche sfrut-
tabili nella realizzazione di processi ossido-riduttivi.
Tipicamente in una PEC sono impiegati semicon-
duttori “n-type” che, sotto illuminazione, operano L’energia solare viene prima convertita in elettricità,
come fotoanodi e rappresentano il WE della cel- e successivamente utilizzata in reazioni redox per
la. Un vantaggio di tali semiconduttori risiede nel “produrre molecole ad alta densità energetica,
comportamento che assumono quando entrano in
contatto con l’elettrolita e raggiungono una condi- come l’idrogeno. La chiave di questa conversione
zione di equilibrio con quest’ultimo [3]: nel solido energetica risiede nell’uso di un semiconduttore in

si manifesta una variazione di potenziale dal bulk
all’interfaccia che induce direzionalità al trasporto grado di assorbire la radiazione solare, eccitando
di elettroni e di lacune. Dunque, quando il semi- così i suoi elettroni dalla banda di valenza alla
conduttore assorbe radiazione sottoforma di luce, banda di conduzione
eccita i propri elettroni dalla banda di valenza alla

Impiantistica Italiana - Gennaio-Febbraio 2025 35