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I data center hanno fame di energia, una cella potrebbe aiutarli
Un gruppo guidato da Gang Wu della Washington University in St. Louis ha sviluppato una nanostruttura che migliora attività e durata dei catalizzatori impiegati nelle celle a combustibile a bassa temperatura. La soluzione potrebbe consentire a strutture con consumi elevati, come i data center, di produrre parte dell'elettricità sul posto, riducendo la pressione esercitata sulla rete.
La domanda energetica di questi impianti comprende sia l'alimentazione dei sistemi informatici sia il loro raffreddamento. Secondo una stima dell'Electric Power Research Institute, entro il 2030 i data center potrebbero assorbire fino al 9% della generazione elettrica annuale degli Stati Uniti, mentre nel 2023 rappresentavano circa il 4% della domanda complessiva.
Una cella a combustibile converte direttamente l'energia chimica in elettricità attraverso reazioni tra idrogeno e ossigeno, producendo anche acqua e calore. I catalizzatori accelerano queste reazioni e limitano le perdite energetiche, ma devono mantenere prestazioni elevate per migliaia di ore. Il platino funziona molto bene, tuttavia è costoso e la quantità utilizzata deve essere ridotta senza compromettere efficienza e durata.
Trasformare il metallo in nanoparticelle di platino aumenta la superficie disponibile per le reazioni e permette di impiegarne meno di un quarto di milligrammo per centimetro quadrato. Durante il funzionamento, però, le particelle possono dissolversi, spostarsi e aggregarsi. I catalizzatori platino-cobalto possono offrire maggiore stabilità, ma richiedono una struttura intermetallica ordinata, difficile da ottenere mantenendo particelle piccole e distribuite uniformemente.
La squadra, che comprende anche ricercatori dei laboratori nazionali Brookhaven e Lawrence Berkeley, della Northeastern University e dell'Università di Pittsburgh, ha racchiuso le particelle in un supporto di carbonio poroso. Il materiale è formato da sfere cave con nanocanali disposti radialmente. Questa architettura ha permesso di riscaldare il catalizzatore fino a 1.000 °C, formando l'ordinamento atomico desiderato senza far aggregare le particelle, rimaste sotto i cinque nanometri.
Nei test di laboratorio, il materiale ha conservato l'85% delle prestazioni dopo 150.000 cicli severi di tensione. Secondo la stima dei ricercatori, il risultato potrebbe corrispondere a circa 25.000 ore operative. I canali aperti favoriscono inoltre la distribuzione dello ionomero e il movimento di protoni, ossigeno e acqua attraverso l'elettrodo.
Lo studio, pubblicato su Nature Nanotechnology, riguarda soprattutto il comportamento del catalizzatore e non dimostra ancora l'alimentazione commerciale di un data center. Saranno necessari ulteriori test in dispositivi completi e in condizioni operative realistiche, oltre a valutazioni su costi, produzione su larga scala e disponibilità dell'idrogeno. I risultati suggeriscono comunque che il tradizionale compromesso tra attività, stabilità e consumo di platino possa essere ridotto intervenendo sull'architettura del supporto.
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