Ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο, ανθεκτικό καταλύτη που παράγει καθαρό υδρογόνο χωρίς τη χρήση ακριβού λευκόχρυσου - Η ανακάλυψη θα μπορούσε να μειώσει το κόστος και να διευκολύνει την ευρύτερη χρήση του ανανεώσιμου υδρογόνου
Ωστόσο, πολλές καθαρές ενεργειακές τεχνολογίες παραμένουν ακριβές επειδή εξαρτώνται από ακριβά υλικά όπως τα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου (platinum) και απαιτούν αποδοτικούς τρόπους αποθήκευσης ενέργειας για μετέπειτα χρήση.
Ερευνητές στο Washington University in St. Louis εργάζονται πάνω σε μια πιθανή λύση. Μια ομάδα με επικεφαλής τον Gang Wu, καθηγητή ενεργειακής, περιβαλλοντικής και χημικής μηχανικής στη McKelvey School of Engineering, ανέπτυξε έναν νέο καταλύτη σχεδιασμένο για έναν ηλεκτρολύτη νερού με μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων (AEMWE).
Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές για τη διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο, παράγοντας καθαρό καύσιμο υδρογόνου στη διαδικασία.
Η εικόνα απεικονίζει στα αριστερά τον ξηρό καθοδικό ηλεκτρολύτη νερού με μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων, ενώ στα δεξιά δείχνει το συνδεδεμένο δυναμικό δίκτυο δεσμών υδρογόνου. Credit: Gang Wu
Νέος καταλύτης χωρίς λευκόχρυσο για υδρογόνο
Η ομάδα του Wu επικεντρώθηκε στην αντικατάσταση των ακριβών υλικών με βάση τον λευκόχρυσο που χρησιμοποιούνται συνήθως στα συστήματα παραγωγής υδρογόνου.
Η προσέγγισή τους χρησιμοποιεί ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον ήλιο, τον άνεμο ή το νερό για την τροφοδοσία του διαχωρισμού του υδρογόνου από τα μόρια του νερού.
«Η μετάβαση από το νερό στο υδρογόνο είναι ένας πολύ επιθυμητός τρόπος με τον οποίο μπορούμε να αποθηκεύσουμε ενέργεια για διαφορετικές εφαρμογές», είπε ο Wu. «Το ίδιο το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορέας ενέργειας και είναι χρήσιμο για διάφορες χημικές βιομηχανίες και τη μεταποίηση».
Για την κατασκευή του καταλύτη, οι ερευνητές συνδύασαν φωσφίδιο ρηνίου (Re2P) και φωσφίδιο μολυβδαινίου (MoP). Μαζί, τα δύο υλικά δημιούργησαν ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό σύνθετο που βελτίωσε τη διαδικασία εξαγωγής υδρογόνου.
Το συστατικό ρηνίου βοήθησε το υδρογόνο να προσκολλάται και να απελευθερώνεται από την επιφάνεια του καταλύτη, ενώ το μολυβδαίνιο επιτάχυνε τη διάσπαση του νερού στο αλκαλικό ηλεκτρολύτη.
Ανθεκτική απόδοση για καθαρή ενέργεια
Η ομάδα συνέδεσε τον νέο καταλύτη με μια άνοδο νικελίου-σιδήρου και διαπίστωσε ότι το σύστημα απέδιδε καλύτερα από έναν κορυφαίο υπερσύγχρονο καθοδικό καταλύτη, συμπεριλαμβανομένου ενός βασισμένου σε υλικά PGM.
Σύμφωνα με τον Wu, ο καταλύτης λειτούργησε επίσης για περισσότερες από 1.000 ώρες σε βιομηχανικές πυκνότητες ρεύματος 1 και 2 αμπέρ ανά τετραγωνικό εκατοστό. Αυτό τον καθιστά έναν από τους πιο ανθεκτικούς καθοδικούς καταλύτες χωρίς λευκόχρυσο που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα για ηλεκτρολύτες νερού με μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων.
«Τα ευρήματά μας μας επέτρεψαν να αιτιολογήσουμε τον κρίσιμο ρόλο της μηχανικής του δικτύου δεσμών υδρογόνου στη διεπιφάνεια καταλύτη/ηλεκτρολύτη στον σχεδιασμό υψηλής απόδοσης, χαμηλού κόστους AEMWE», είπε ο Wu.
«Ο καταλύτης μας έδειξε τη χαμηλότερη αντίσταση σε όλο το εύρος δυναμικού που μελετήθηκε, κάτι που υποδηλώνει την ταχύτερη κινητική προσρόφησης υδρογόνου μεταξύ των καταλυτών που μελετήθηκαν.
Αυτές οι επιδόσεις και τα χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας καθιστούν τον καταλύτη μας μία από τις πιο υποσχόμενες μεμβράνες ηλεκτροδίων για πρακτικούς ηλεκτρολύτες νερού με μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων».
Δυνατότητα για παραγωγή υδρογόνου σε μεγάλη κλίμακα
Αν και τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε εργαστηριακή κλίμακα, οι ερευνητές σχεδιάζουν να συνεχίσουν να μελετούν αν η τεχνολογία μπορεί να επεκταθεί για βιομηχανική χρήση.
(Το έργο χρηματοδοτήθηκε από το startup fund του G. Wu στο Washington University in St. Louis)
www.worldenergynews.gr
