Celle a Combustibile a Idrogeno Protette da Grafene Incrementano l’Efficienza dei Camion

Ricercatori dell’UCLA e dell’Università della California a Irvine hanno sviluppato un catalizzatore al platino protetto da minuscole tasche di grafene per celle a combustibile a idrogeno. In prove accelerate ha perso meno dell’1,1% della potenza dopo 90.000 cicli di tensione. La durata superiore a 200.000 ore è una proiezione basata su quelle prove, non il tempo di esercizio già raggiunto da un camion.

Perché interessa il trasporto pesante

Una cella a combustibile converte l’energia chimica dell’idrogeno in elettricità, emettendo acqua durante il funzionamento del veicolo. Autonomia, carico utile, tempi di rifornimento e infrastrutture rendono l’idrogeno un’opzione da studiare per alcuni tragitti dei mezzi pesanti. Non è tuttavia corretto affermare che le batterie non possano alimentare alcun camion: la convenienza dipende dal percorso, dai costi, dalla disponibilità dell’idrogeno e dalla rete di ricarica. Anche le emissioni complessive dell’idrogeno dipendono da come viene prodotto e distribuito.

Il problema della durata del catalizzatore

Le celle a membrana a scambio protonico usano un catalizzatore per rendere rapide le reazioni. Il platino e le leghe di platino possono degradarsi quando il sistema attraversa ripetuti cicli di tensione. Questo riduce l’attività e rende difficile raggiungere la durata richiesta per un camion. Il Dipartimento dell’Energia statunitense indicava un obiettivo finale di 30.000 ore per il sistema di celle a combustibile dei veicoli pesanti: si tratta del sistema completo, non di un singolo materiale.

Nanoparticelle di platino nelle tasche di grafene

Nello studio pubblicato su Nature Nanotechnology, particelle finissime di platino puro sono state inserite in tasche di grafene e sostenute da una struttura porosa di carbonio Ketjenblack. La protezione mira a limitare lo spostamento e l’aggregazione delle particelle mantenendo accessibile la superficie alle reazioni. La ricerca non sostiene che un materiale privo di platino abbia già sostituito i catalizzatori esistenti.

Fonte: Huang Research Group, UCLA

Risultati e limiti delle prove

Secondo l’UCLA, la cella sperimentale ha raggiunto una densità di potenza di circa 1,08 W/cm² e un’efficienza di picco del 71,9%. Dopo 90.000 cicli accelerati a onda quadra la perdita di potenza è rimasta inferiore all’1,1%. Da questi risultati i ricercatori stimano una possibile durata superiore a 200.000 ore. Non hanno lasciato funzionare un camion per 200.000 ore né dimostrato che l’intero sistema, il serbatoio e gli altri componenti abbiano la stessa durata.

È stato depositato un brevetto. Occorrono test su sistemi completi, produzione su larga scala e confronto dei costi prima di prevedere un impiego commerciale. Il vecchio articolo indicava una commercializzazione in cinque-dieci anni e un’infrastruttura nazionale dell’idrogeno necessariamente più economica della ricarica elettrica: lo studio non prova né il calendario né il confronto economico.

Applicazioni possibili e bilancio ambientale

Camion a lungo raggio, mezzi da cantiere e generatori fissi sono possibili applicazioni, ma ciascuna richiede un progetto e una valutazione propri. L’assenza di emissioni dallo scarico non equivale a emissioni nulle lungo la filiera dell’idrogeno. Prezzo, energia necessaria a produrlo, distribuzione e sicurezza dei serbatoi contano nel confronto con le alternative a batteria.

Linde nel settore dell’idrogeno

Linde (LIN ) produce e distribuisce gas industriali, tra cui idrogeno. Non è indicata tra gli autori o i partner dello studio sul catalizzatore. La ricerca universitaria non dimostra un effetto diretto sui ricavi o sul titolo di Linde; le cifre di prezzo e mercato riportate nel vecchio articolo erano fotografie di un altro momento.

Notizie su Linde

Conclusione

Il catalizzatore protetto dal grafene ha mostrato prestazioni e resistenza promettenti nei test accelerati. La durata eccezionale resta una proiezione di laboratorio. La sua utilità per i camion dipenderà dalle prove su strada e dall’intero sistema dell’idrogeno.

Studio e fonti

Z. Liu e colleghi, “Pt catalyst protected by graphene nanopockets enables lifetimes of over 200,000 h for heavy-duty fuel cell applications”, Nature Nanotechnology 20, 807–814 (2025); UCLA, 25 aprile 2025.