Dall'idrogeno prodotto dal mare a quello in batteri fotosintetici: i progetti di ricerca sull'idrogeno finanziati dal PNRR

La ricerca sull’idrogeno è fondamentale nel percorso di decarbonizzazione, soprattutto alla luce dei nuovi equilibri geopolitici che accordano al vettore energetico un ruolo di primo piano nel mix energetico nazionale ed europeo. Non a caso, quindi, il PNRR ha previsto una linea di investimento ad hoc per sostenere i progetti di ricerca e sviluppo sull'idrogeno. Dall'idrogeno prodotto dall'acqua del mare a quello prodotto in colture di batteri fotosintetici. Su cosa puntano i progetti finanziati dal PNRR per finanziare ricerca e sviluppo sull'idrogeno.

Sono 7 i progetti presentati dalle università e dagli enti di ricerca selezionati nell’ambito del bando PNRR per ricerca e sviluppo sull’idrogeno.

Ecco alcune delle innovazioni proposte. 

MECCA, il primo classificato

L’Università di Messina si è aggiudicata il primo posto in graduatoria con il progetto H2 verde da cracking del bioMEtano tramite una tecnologia innovativa basata su plasma non-termico e Catalisi con nanoCArboni (MECCA).

Il progetto, che ha ottenuto 3 milioni di euro, intende sintetizzare, tramite una tecnologia innovativa di cracking del biometano, idrogeno verde in modo competitivo sia in termini di costo che di carbon footprint (letteralmente, “impronta di carbonio” che permette di determinare gli impatti ambientali che le attività antropiche hanno sul cambiamento climatico) rispetto all’idrogeno ottenuto da elettrolisi.

MECCA è stato presentato dall’Università di Messina in partenariato con Enea, Fondazione Bruno Kesler, NextChem Spa e Università della Calabria.

Nuove soluzioni per lo stoccaggio dell'idrogeno

NoMaH (Novel Materials for Hydrogen Storage), il progetto che vede capofila l’Università della Calabria, intende stimolare la produzione e il consumo di idrogeno attraverso la ricerca e lo sviluppo di nuove soluzioni tecnologiche per il suo stoccaggio. Il progetto intende rispondere alle reali esigenze energetiche dei piccoli distretti produttivi e delle “comunità energetiche”, associazioni tra cittadini, pubbliche amministrazioni e imprese che puntano alla produzione di energia “a chilometro zero”.

“La nostra idea – commenta Raffaele Agostino, docente del dipartimento di Fisica dell’Unical e responsabile scientifico del progetto – è quella di favorire e stimolare la produzione di sistemi modulari a basso costo e a bassa emissione di gas ad effetto serra, integrabili con diversi sistemi di produzione di energia da fonti rinnovabili, in una logica di piena sostenibilità ambientale. Solo così potremo contribuire a una larga diffusione delle tecnologie tipiche dell’economia dell’idrogeno, favorendo la riduzione della dipendenza dalle fonti fossili e fornendo un deciso impulso verso un uso pieno delle fonti rinnovabili”.

Le università partner del progetto sono: il Politecnico di Torino (tramite il centro interdipartimentale sull’energia e il dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia); il Politecnico di Bari; Alma Mater Studiorum di Bologna (tramite il gruppo di Sistemi e macchine per l’energia e l’ambiente del dipartimento di Ingegneria industriale e i dipartimenti di Chimica e di Fisica e astronomia). 

Il progetto per produrre idrogeno dal mare

Proposto dal partenariato costituito dalle università di Cagliari, Genova e Brescia, il progetto Prometh2eus si aggiudica un finanziamento di 3,5 milioni di euro, avrà durata triennale e i lavori partiranno dal prossimo settembre. 

In competizione con altre 38 proposte, Prometh2eus si è piazzato al terzo posto. Obiettivo del progetto è sviluppare nuovi processi, sistemi e componenti per la produzione, l’accumulo e l’utilizzo di idrogeno verde.

In particolare, verranno studiati metodi appositi per produrre idrogeno dall’acqua marina, come ha spiegato Vittorio Tola, responsabile scientifico e docente dell’università di Cagliari al dipartimento di Ingegneria meccanica, chimica e dei materiali (Dimcm): “L’aspetto caratterizzante del progetto è lo sviluppo di tecnologie innovative per la produzione di idrogeno da acqua di mare così da limitare, in una prospettiva di produzione di idrogeno verde su scala globale, l’utilizzo di risorse idriche di rispetto”. 

Produrre idrogeno in batteri fotosintetici

Oltre due milioni di euro dal Ministero della Transizione Ecologica a un progetto dell’Università di Parma, coordinato da Matteo Tegoni, docente del Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale - SCVSA, che ha come obiettivo la messa a punto di un sistema prototipo per la produzione di idrogeno in colture di batteri fotosintetici.

Il progetto, il cui come completo è Enzimi artificiali per la produzione fotocatalitica di idrogeno in batteri fotosintetici (ART-2-HYDROGEN), è stato finanziato nell’ambito del PNRR e avrà una durata di 36 mesi, dal 1° gennaio 2023 al 31 dicembre 2025. 

Negli ultimi anni, in particolare in risposta all’aumento del costo socioeconomico delle fonti di energia fossile e alla crisi ambientale globale, si sta accelerando nella esplorazione della produzione e utilizzo in larga scala di combustibili green fra i quali l’idrogeno gassoso. In natura l’idrogeno molecolare viene prodotto e usato dai batteri utilizzando metalloproteine (idrogenasi). L’energia richiesta per produrre idrogeno viene fornita da sostanze ad alto contenuto energetico, a loro volta prodotte da organismi fotosintetici (batteri, alghe, piante) utilizzando l’energia solare attraverso il processo di fotosintesi. Dal punto di vista tecnologico, al contrario, la produzione di idrogeno è ristretta oggi all’utilizzo di elettrolizzatori, ovvero sistemi che utilizzano energia elettrica, a sua volta prodotta in larga parte da sorgenti di combustibile fossile (carbone, petrolio) o nucleare.

L’ingegnerizzazione di proteine consente di creare metalloenzimi completamente artificiali, sia mediante riprogettazione di proteine esistenti sia tramite sintesi de novo di sistemi proteici con attività catalitica desiderata. Questo progetto vuole realizzare un enzima artificiale per la produzione fotocatalitica verde e pulita di idrogeno secondo i principi dell’“imparare dalla Natura”. Il progetto prevede lo sviluppo, test in vitro ed evoluzione di un enzima fotocatalitico: quello che si cercherà di fare sarà insegnare a una proteina a operare secondo nuove funzioni. In questo sistema, l’energia luminosa immagazzinata dai batteri attraverso il processo di fotosintesi sarà utilizzata per la produzione di idrogeno gas. L’obiettivo finale sarà la messa a punto di un sistema prototipo per la produzione di idrogeno in colture di batteri fotosintetici. Questo prototipo permetterà di dimostrare come attraverso enzimi con siti completamente artificiali sia possibile produrre idrogeno gassoso utilizzando la luce solare e in modo indipendente dalle sorgenti fossili di energia (carbone, petrolio) o energia elettrica.

Il progetto si colloca all'interfaccia fra chimica e biologia sul tema della sostenibilità energetica ed è interamente targato Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale. Elaborato nell’ambito del Progetto di Eccellenza attivo presso il Dipartimento SCVSA dal 2018 al 2022, esso mette insieme competenze trasversali quali progettazione di proteine, chimica bioinorganica, organica, catalisi e fotochimica, biologia molecolare e botanica. Attraverso questo finanziamento verranno acquisite nuove attrezzature e verranno aperte nuove posizioni di dottorato, di assegni di ricerca e di ricercatori a tempo determinato, col fine di formare una nuova generazione di ricercatori esperti nella progettazione di proteine e nella loro applicazione biotecnologica.

Gli altri progetti in graduatoria

La graduatoria del Ministero della Transizione Ecologica conta 7 punti nell'elenco dei progetti ammissibili e finanziabili. Gli altri tre progetti in graduatoria sono:

• TIPIC dell’Università La Sapienza di Roma; 
• ECOSTORE-H2 dell’Università del Piemonte Orientale; 
• PERMANENT del Politecnico di Milano.