giovedì, 3 Dicembre, 2020

SEGUICI SU:

DELLO STESSO AUTORE

INSTAGRAM

CORRELATI

Idrogeno metallico: un nuovo superconduttore?

Una ricerca tutta italiana ha approfondito la metallizzazione dell'idrogeno, per poterne studiare le caratteristiche come superconduttore.

Una ricerca tutta italiana ha approfondito lo studio della metallizzazione dell’idrogeno, per poterne studiare le caratteristiche come superconduttore. I ricercatori dell’Università La Sapienza di Roma, in collaborazione con l’Università di Treno e l’Università dei Paesi Baschi hanno sviluppato e utilizzato un modello teorico di avanguardia per poter simulare il campione ad alta pressione al computer, per fare chiarezza sui meccanismi di metallizzazione. La ricerca è stata pubblicata lo scorso settembre su Nature Physics, dal titolo “Black metal hydrogen above 360 GPa driven by proton quantum fluctuations.

Il processo che rende l’idrogeno metallico

L’idrogeno metallico è un esempio di materia degenere. Il processo di trasformazione consiste nel sottoporre l’idrogeno a una pressione sufficiente a determinare un cambiamento di fase della materia (confinamento quantico). L’idrogeno metallico solido consiste in un reticolo cristallino di nuclei atomici, in cui gli elettroni sono liberi e si comportano come se fossero in un materiale metallico conduttore.

A livello storico, la ricerca sull’idrogeno metallico ha inizio nella sua teorizzazione circa 80 anni fa. Ashcroft propose la teoria che l’idrogeno metallico potesse avere caratteristiche di superconduttore persino a temperature ordinarie, 17 °C, le più elevate per qualsiasi altro materiale superconduttore.

I ricercatori hanno sviluppato e utilizzato un modello teorico di avanguardia per poter simulare la sostanza ad alta pressione al computer, ma anche per scoprire se ci fossero errori nei dati sperimentali e dunque far chiarezza sui meccanismi di metallizzazione dello stesso.

Gli esperimenti

Nella figura di seguito sono raccolti i risultati di precedenti sperimentazioni sulla metallizzazione dell’idrogeno. I risultati riportati sono contrastanti tra loro. Uno dei primi studi (risalente al 2017) ha osservato il campione annerirsi sopra i 300 GPa e poi diventare improvvisamente scintillante a 500 GPa, un tipico segnale di metallizzazione. In una ricerca successiva, invece, i ricercatori hanno misurato la conducibilità elettrica del campione, concludendo che esso metallizza già a 360 GPa. Infine, un ulteriore studio pubblicato ha mostrato che l’elemento rimane trasparente se osservato con luce infrarossa fino a 420 GPa, per poi diventare opaco.

idrogeno metallico
Analisi delle proprietà fisiche dell’idrogeno metallico.
fonte: arxiv.org

Lo studio italiano propone un’analisi delle caratteristiche fisiche e chimiche dell’idrogeno metallico, al variare della pressione. Esso conclude che, a seguito delle analisi, i risultati apparentemente contradditori sono in realtà confermati. Una sorpresa che lascia sorpresi gli stessi ricercatori. La sua metallizzazione e la sua superconduttività a temperatura ambiente sono un argomenti di elevato interesse, dato il potenziale applicativo nel settore elettrico ed elettronico.

“Siamo stati molto sorpresi quando i risultati delle simulazioni hanno confermato tutti i dati sperimentali […] l’idrogeno metallico è un materiale particolarissimo: non solo è un metallo nero (caso raro, come la grafite), ma è addirittura trasparente alla luce infrarossa e questo lo rende unico”.

Lorenzo Monacelli, Dipartimento di Fisica della Sapienza, primo autore del lavoro

La sfida energetica dell’idrogeno

L’idrogeno rappresenta la nuova sfida energetica della ricerca mondiale. Esso è al centro degli investimenti degli stati europei, mentre in Italia l’idrogeno ha il potenziale di coprire il 23% della domanda energetica nazionale (con un contributo di oltre 200 TWh) al 2050. A partire dal 2021 i primi progetti in Italia di mobilità ferroviaria sostenibile. Questo è l’obiettivo dell’accordo tra Snam e Alstom.

Non molto tempo fa abbiamo discusso dei metodi di stoccaggio dell’idrogeno, della sua produzione dalla fotosintesi delle alghe verdi, o dal biogas.

CUE FACT CHECKING

CloseupEngineering.it si impegna contro la divulgazione di fake news, perciò l’attendibilità delle informazioni riportate su energycue.it viene preventivamente verificata tramite ricerca di altre fonti.

Francesca Marasciuolohttp://energy.closeupengineering.it
Laureata magistrale in Ingegneria Elettrica al Politecnico di Bari. Mi occupo di Smart Grid, e di come si possano coniugare fonti rinnovabili, mobilità elettrica e sistema elettrico. Autrice di #EnergyCuE da Luglio 2017. Sempre curiosa di nuove soluzioni tecnologiche per la produzione sostenibile di energia elettrica, mai stanca di imparare!