Un team di ricercatori svizzeri porta alla luce i segreti chimici della reazione di rottura dei legami delle molecole d’acqua per formare idrogeno
Il processo di conversione del metano in idrogeno è un elemento cruciale sia per il settore dell’energia pulita che per quello dell’agricoltura. I ricercatori del Politecnico di Losanna sono riusciti a mettere a punto un nuovo approccio per rendere la reazione di sintesi ancora più efficiente. Come? Controllando le vibrazioni specifiche delle molecole d’acqua. La reazione di trasformazione del gas metano in gas idrogeno richiede infatti, oltre alla presenza di un catalizzatore, anche l’aggiunta di acqua. Le molecole di metano e acqua si legano sulla superficie del catalizzatore e si dissociano nei loro componenti atomici, ricombinandosi in un secondo momento per formare composti diversi, come H2 e CO.
Fino ieri i ricercatori avevano indagato solamente la scissione delle molecole di metano senza riuscire a comprendere in che modo venissero rotti i legami idrici. Ora, per la prima volta, gli scienziati del politecnico svizzero sono stati in grado di determinare come le vibrazioni specifiche in una molecola d’acqua influenzino la sua capacità di dissociarsi. Grazie al laser, la squadra di scienziati, guidata da Rainer Beck, ha dimostrato come la dissociazione delle molecole di H2O dipenda fortemente dai tipi di vibrazioni interne tra i suoi atomi di idrogeno e di ossigeno (a forbice, stretching simmetrico o in maniera spiraliforme). Controllare diversi tipi di oscillazioni è la chiave per comprendere la capacità di una molecola di acqua di rompere i suoi legami interni anche in condizioni energicamente blande. Utilizzando il nichel come catalizzatore il team ha impiegato il laser per controllare con precisione la vibrazione delle molecole d’acqua. “Se si riscalda il sistema con una fiamma per esempio, si stimolano, allo stesso tempo, tutti i tipi di movimento” spiega Rainer Beck. “Inoltre si aumenta l’energia cinetica, in modo che tutte le molecole di acqua colpiscano la superficie di nichel a velocità più elevate, ma non si può controllare in alcun modo le vibrazioni dei singoli atomi. Al contrario con il laser, siamo in grado di eccitare selettivamente un solo tipo di vibrazione, il che ci permette di misurare uno stato di energia alla volta”.