Il biochar può ridurre il costo dell’idrogeno verde?

Trovare il catalizzatore giusto per l’idrogeno

In teoria, l’idrogeno potrebbe essere un combustibile perfetto per immagazzinare energia e per applicazioni energetiche difficili da elettrificare. Questo perché presenta alcune caratteristiche quasi ideali:

– Le celle a combustibile generano elettricità senza produrre anidride carbonica sul luogo di utilizzo.
– L’idrogeno può fornire le alte temperature richieste dalla metallurgia e da altri processi industriali difficili da elettrificare.
– L’elettrolisi può produrre idrogeno dall’acqua usando energia rinnovabile.
– L’idrogeno non contiene carbonio, sebbene il suo impatto ambientale complessivo dipenda da come viene prodotto e impiegato.

Tuttavia, l’ascesa di un’economia basata sull’idrogeno è stata ostacolata dalla difficoltà di produrre idrogeno in modo economicamente vantaggioso. Ciò perché l’idrogeno verde è generalmente prodotto mediante elettrolisi, un processo il cui costo ed efficienza dipendono in parte dai materiali degli elettrodi. Gli elettrolizzatori PEM si basano su metalli del gruppo del platino rari e costosi, in particolare platino e iridio, mentre i sistemi alcalini possono utilizzare catalizzatori a base di nichel più abbondanti.

Finché non esisterà un metodo di produzione dell’idrogeno migliore, è improbabile che riusciremo a vederlo sostituire i combustibili fossili su larga scala.

Ecco perché gli scienziati stanno esplorando molte alternative per i materiali catalitici, come nanorod di ferro, carburo di silicio, o cobalto-tungsten.

Un’altra opzione per produrre idrogeno verde potrebbe essere rappresentata da materiali catalitici a base di carbonio, che ironicamente potrebbero rivelarsi una soluzione solida per limitare le emissioni di carbonio.

Una nuova rassegna da parte di ricercatori indiani della Swami Rama Himalayan University e di Graphic Era (Università riconosciuta) ha esaminato l’uso di nanomateriali di carbonio derivati da biochar a questo scopo. Il biochar è prodotto mediante decomposizione termica della biomassa in condizioni di ossigeno limitato attraverso processi come la pirolisi. Questo perché i nanomateriali di carbonio derivati da biochar, inclusi potenzialmente nanotubi di carbonio (CNT), grafene e punti quantistici di carbonio, nanosheet e nanoflakes, offrono un’ampia superficie, strutture modulabili, eccellente conduttività elettrica e proprietà elettrocatalitiche favorevoli.

Hanno pubblicato i loro risultati su Next Energy¹, con il titolo “Nanomateriali di carbonio derivati da biochar per la produzione sostenibile di idrogeno: sintesi, prestazioni elettrocatalitiche e prospettive future.”

Migliorare la produzione di idrogeno

Se gli atomi di idrogeno sono l’elemento più abbondante nell’Universo, sulla Terra sono generalmente legati ad altri elementi. Pertanto è necessario produrre gas H₂ puro, con l’opzione generalmente preferita che è l’elettrolisi dell’acqua (H₂O). Tuttavia è limitata dall’alta tensione richiesta per superare le barriere cinetiche associate alla scissione dell’acqua.

Superare questa limitazione di tensione è il ruolo principale dei materiali elettrocatalitici.

La scala di produzione necessaria per un’economia dell’idrogeno funzionale richiede che tali catalizzatori siano realizzati con elementi abbondanti e a basso costo. Da questa prospettiva, i nanomateriali di carbonio derivati da biomassa sono candidati promettenti perché possono combinare materie prime relativamente abbondanti con alta superficie, conduttività elettrica, stabilità chimica e proprietà elettrochimiche modulabili.

Tuttavia, non si tratta di un processo lineare: trasformare la biomassa in biochar utilizzabile e poi in catalizzatori non è solo questione di pirolisi, ma richiede anche trattamenti meccanici, termici e chimici estesi.

Source: Next Energy

Sfortunatamente, sebbene i progressi siano evidenti, come trasformare in modo coerente e su scala industriale la biomassa grezza in nanomateriali di carbonio non è ancora del tutto compreso.

«Nonostante l’interesse crescente, manca ancora una comprensione sistematica su come progettare e ottimizzare le nanostrutture di carbonio basate su biochar come elettrocatalizzatori efficienti ed economici per la produzione di idrogeno.»

Dare senso alla ricerca sul biochar

Revisione della letteratura

La mancanza di un’analisi sistematizzata su questo tema è il motivo per cui i ricercatori hanno raccolto la letteratura scientifica pubblicata da gennaio 2020 a febbraio 2026, con un’enfasi su alcuni temi:

• Produzione di biochar e proprietà dei precursori.
• Sintesi e lavorazione su scala nanometrica di materiali di carbonio a base di biochar.
• Proprietà fisiche, chimiche e strutturali.
• Incorporazione/ibridazione con catalizzatori metallici/altri materiali catalitici.
• Processo elettrocatalitico della reazione di evoluzione dell’idrogeno (HER) e della reazione di evoluzione dell’ossigeno (OER).
• Prestazioni elettrochimiche.
• Stabilità, scalabilità e prospettive future della produzione di idrogeno ecologica.

Produzione di biochar

Il biochar è un materiale ricco di carbonio prodotto riscaldando biomassa, inclusi residui agricoli, scarti di legno e letame, in condizioni di limitato apporto di ossigeno. La temperatura di pirolisi varia in base alla materia prima e alle proprietà desiderate, e la revisione descrive condizioni di lavorazione che vanno oltre un unico intervallo di temperatura.

Oltre alla pirolisi, il processo può essere impiegato anche per trasformare la biomassa vegetale in biochar, ad esempio mediante gassificazione e carbonizzazione idrotermica.

Oltre al suo potenziale impiego industriale, il biochar è sempre più utilizzato per migliorare i suoli per l’agricoltura e per catturare carbonio.

Source: Discover Soil

Il biochar può essere trasformato in nanomateriali di carbonio adatti alla ricerca sulla produzione di idrogeno. Alcuni catalizzatori proposti sono privi di metalli, mentre altri combinano carbonio derivato dal biochar con cobalto, ferro, molibdeno o altri materiali catalitici. L’approccio consente di convertire biomassa a basso valore in materiali di valore superiore, sebbene il beneficio complessivo in termini di carbonio dipenda dalla provenienza della materia prima, dall’energia impiegata nella lavorazione, dai trattamenti chimici e dal ciclo di vita finale del materiale.

Source: Next Energy

Attivazione per la produzione di idrogeno

Il primo passo nel trattamento del biochar consiste in metodi fisici. Questo è necessario per ridurre le dimensioni delle particelle aumentando al contempo la dimensione dei pori e la topografia superficiale. Si può ricorrere a molteplici tecniche, come microonde, metodi ultrasonici e frantumazione meccanica (compressione, fresatura, macinazione, tranciatura e torrefazione).

Successivamente, vapore ad alta pressione e a temperature estremamente elevate viene impiegato per scomporre la complessa matrice lignocellulosica di origine vegetale in una struttura più semplice.

Anche i prodotti chimici fanno parte del processo. Il trattamento acido può essere utilizzato per migliorare l’utilità della cellulosa. Questi trattamenti possono impiegare acidi quali solforico, cloridrico, nitrico, acetico, ossalico e fosforico, con il reagente e la concentrazione scelti che influenzano il materiale risultante. All’estremità opposta dello spettro di pH, composti alcalini come l’idrossido di ammonio (NH4OH), l’idrossido di sodio (NaOH) e l’idrossido di calcio (Ca(OH)2) sono usati per dissolvere i legami chimici tra i polimeri e la lignina.

Questi processi possono anche essere accoppiati alla modifica della struttura chimica del biochar o all’aggiunta di altri elementi per “doping” del potenziale elettrochimico.

“I gruppi funzionali di superficie contenenti ossigeno, come idrossili, carbonili e gruppi carbossilici, migliorano l’idrofilia, il contatto interfaciale con gli elettroliti e la reattività superficiale. Questi gruppi possono anche partecipare a reazioni redox e facilitare i processi di trasferimento di carica.”

Source: Next Energy

Potenziare la produzione di idrogeno

I passaggi precedenti servono a modificare la nanostruttura del biochar affinché contenga una quantità molto maggiore di nanostrutture di carbonio: nanofibre di carbonio, grafene, nanotubi di carbonio, punti quantici di carbonio e nanosfere di carbonio.

In questo modo, il materiale è ottimizzato per alcune caratteristiche chiave:

• Elevata conduttività elettrica, che consente il flusso di elettroni liberi
• Stabilità chimica e ampia superficie porosa
• Caratteristiche di adsorbimento e desorbimento dell’idrogeno adeguate, che influenzano la reazione di evoluzione dell’idrogeno.

Source: Next Energy

Rendere redditizio l’idrogeno da biochar

Un ostacolo che ha impedito all’idrogeno di diventare un combustibile di uso comune è il costo. In parte, ciò è stato a lungo dovuto a catalizzatori costosi che impiegano metalli rari e preziosi.

Nel caso dei catalizzatori a base di carbonio, altri costi influenzano la potenziale futura sostenibilità economica di questo processo:

• Coltivazione, raccolta, trasporto e stoccaggio della biomassa
• Pirolisi e trattamento a vapore, che sono molto energivori.
• Miglioramento del biochar con processi chimici e meccanici, con i costi delle attrezzature e l’eventuale inquinamento da considerare.

Un altro problema che la letteratura scientifica attuale, focalizzata sui risultati ottenuti in ambiente di laboratorio, non affronta adeguatamente è la durabilità e la capacità di rigenerazione del biochar.

Sebbene alcuni studi di laboratorio riportino una promettente stabilità elettrochimica, la revisione rileva che la durabilità a lungo termine, la resistenza all’intasamento, il potenziale di rigenerazione e le prestazioni in condizioni industriali realistiche rimangono insufficientemente studiati.

Un’altra preoccupazione irrisolta è la mancanza di omogeneità nelle caratteristiche del biochar. Esistono quasi innumerevoli variazioni, derivanti da diverse materie prime, condizioni di pirolisi e trattamenti post‑produzione del biochar.

Quindi, sebbene alcune formulazioni siano promettenti, manca ancora un metodo di prova chiaro o un processo di certificazione che garantisca la qualità del prodotto finale, necessario per applicazioni industriali su larga scala.

“Superare queste difficoltà richiede iniziative collaborative che includano legislazione governativa, investimenti industriali e ricerca accademica. I responsabili politici dovrebbero fornire quadri di supporto che promuovano l’innovazione, la commercializzazione e l’uso a lungo termine del biochar nei settori energetico, ambientale e agricolo.”

Tuttavia, il potenziale di aumentare simultaneamente la biomassa a basso valore, catturare carbonio e ridurre il costo dell’idrogeno verde, senza richiedere elementi rari, rende questa tecnologia molto attraente.

Gli studi di laboratorio hanno dimostrato il potenziale tecnico dei nanomateriali di carbonio derivati dal biochar, ma i loro risultati non possono sempre essere confrontati direttamente perché le condizioni di prova e i metodi di reporting differiscono. I prossimi passi consistono nella standardizzazione della produzione e dei test di performance, nella validazione della durabilità a lungo termine, nel completamento delle valutazioni del ciclo di vita e techno‑economiche, e nell’avanzare i candidati più promettenti verso progetti pilota industriali.

Investire nell’idrogeno verde

Plug Power

Plug Power (PLUG ) fornisce celle a combustibile, elettrolizzatori, apparecchiature per lo stoccaggio dell’idrogeno, infrastrutture di rifornimento e servizi di produzione di idrogeno. L’azienda afferma di aver distribuito più di 74.000 sistemi a celle a combustibile e oltre 280 stazioni di rifornimento, mentre i suoi elettrolizzatori sono stati installati su sei continenti.

Plug rimane anche un investimento speculativo. Ha ampliato le sue operazioni di produzione di idrogeno e gli elettrolizzatori, ma continua ad affrontare rischi finanziari, di esecuzione, di finanziamento e di commercializzazione. I progressi che riducono i costi di produzione dell’idrogeno potrebbero sostenere il suo mercato indirizzabile, ma da soli non risolverebbero le sfide finanziarie dell’azienda.

Fonte: Plug Power

La sua rilevanza per questa ricerca deriva principalmente dalla sua attività di elettrolizzatori. Plug produce elettrolizzatori a membrana a scambio protonico, una tecnologia che attualmente dipende da catalizzatori a base di metalli del gruppo del platino. Se in futuro i materiali derivati dal biochar o gli ibridi carbonio‑metallo correlati riducessero i requisiti di catalizzatore, migliorassero le prestazioni degli elettrodi o abbassassero i costi del sistema, i produttori di elettrolizzatori potrebbero beneficiare di tali miglioramenti.

Tuttavia, i materiali di biochar esaminati sono ancora a livello di laboratorio e non vi è alcuna indicazione che Plug Power li utilizzi attualmente o abbia in programma di farlo. L’azienda dovrebbe quindi essere considerata un’esposizione a valle dell’espansione più ampia dell’idrogeno verde, piuttosto che un’esposizione diretta a catalizzatori derivati dal biochar.

Fonte: Plug Power

(Puoi leggere di più su Plug Power nel nostro rapporto di investimento dedicato alla società.)

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni Plug Power (PLUG)

Studio citato

^{1. Vishal Rajput. Nanomateriali di carbonio derivati dal biochar per la produzione sostenibile di idrogeno: sintesi, prestazioni elettrocatalitiche e prospettive future. Next Energy. Volume 13, ottobre 2026, 100995. https://doi.org/10.1016/j.nxener.2026.100995}