Un team di IIT ha descritto il meccanismo di funzionamento di un catalizzatore necessario per facilitare la produzione di idrogeno a partire dall’ammoniaca
Il team di ricercatori e ricercatrici di Atomistic simulations dell’Istituto Italiano di Tecnologia – IIT, coordinato da Michele Parrinello, ha scoperto il funzionamento di un catalizzatore necessario per facilitare la produzione di idrogeno dall’ammoniaca impiegando l’intelligenza artificiale e il supercomputer di IIT Franklin. I risultati ottenuti, pubblicati sulla rivista Nature Catalysis, potranno essere utilizzati in futuro per sviluppare nuovi sistemi sempre più sostenibili per la produzione di idrogeno come fonte energetica.
L’idrogeno è un gas in cui la comunità scientifica ripone grande fiducia per contrastare il cambiamento climatico: il suo impiego permetterebbe di ridurre l’utilizzo di combustibili fossili e le conseguenti emissioni di anidride carbonica (CO2). Tuttavia, l’idrogeno presenta forti svantaggi legati alla distribuzione e allo stoccaggio che rendono difficile il suo utilizzo su scala industriale. Una soluzione per risolvere questo problema sarebbe quella di trasportare l’idrogeno sotto forma di ammoniaca, sostanza per la quale esistono già tecnologie molto efficienti per la sua manipolazione e trasporto.
L’ammoniaca sarebbe quindi riconvertita a idrogeno solo nel momento del bisogno tramite una reazione chimica che, per avvenire in maniera efficiente, richiede temperature molto elevate che possono superare i 600°C, condizione che per essere raggiunta necessita di molta energia, aumentandone l’impatto economico e ambientale.
È in quest’ottica che si rende necessario l’utilizzo di catalizzatori, ossia sostanze chimiche che permettono di far avvenire la decomposizione dell’ammoniaca più velocemente e a temperature inferiori mantenendo comunque alte le rese di idrogeno.
In particolare, il gruppo Atomistic simulations di IIT, ha impiegato intelligenza artificiale e il supercomputer Franklin per studiare il movimento delle molecole durante la reazione. In questa maniera, il team ha scoperto il meccanismo con il quale funziona il catalizzatore litio immide, già considerato efficacie per “facilitare” la conversione da ammoniaca a idrogeno abbassando a 480°C la temperatura richiesta.
I vecchi modelli utilizzati permettevano di studiare le reazioni su sistemi semplificati e su scale di tempi molto limitate. I nuovi modelli sviluppati dal team IIT, di cui il coordinatore Michele Parrinello è stato pioniere, permettono di studiare la reazione in condizioni più simili a quelle in cui avviene e su una scala di tempi più lunga, ottenendo una visione molto più accurata di come l’ammoniaca viene decomposta.
“Grazie ai modelli che abbiamo sviluppato nel nostro laboratorio, siamo riusciti a estrarre i principi base di questo processo – affermano Umberto Raucci e Manyi Yang, ricercatori del gruppo IIT Atomistic simulations – quello che stiamo facendo ora è testare questi principi in sistemi simili, in modo da capire se possano essere generalizzabili”.
“Testare i principi base ottenuti dai nostri modelli è soltanto il primo passo – commenta Michele Parrinello, coordinatore del gruppo IIT Atomistic simulations – in futuro queste conoscenze potrebbero essere impiegate per progettare e sviluppare nuovi catalizzatori allo scopo di aumentare l’efficienza della produzione di idrogeno dall’ammoniaca. L’obiettivo finale è quello di rendere la produzione di energia un processo sempre più sostenibile”.
Per approfondimenti: Yang, M., Raucci, U. & Parrinello, M. Reactant-induced dynamics of lithium imide surfaces during the ammonia decomposition process. Nat Catal (2023)
