استخراج وقود نظيف من الماء

30 مايو 2023 (أخبار Nanowerk) هناك إمداد وفير من الطاقة النظيفة يتربص على مرأى من الجميع. إنه الهيدروجين الذي يمكننا استخراجه من الماء (H2س) استخدام الطاقة المتجددة. يبحث العلماء عن طرق منخفضة التكلفة لإنتاج الهيدروجين النظيف من الماء ليحل محل الوقود الأحفوري ، كجزء من السعي لمكافحة تغير المناخ. يمكن للهيدروجين تشغيل المركبات بينما لا ينبعث منه سوى الماء. يعتبر الهيدروجين أيضًا مادة كيميائية مهمة للعديد من العمليات الصناعية ، وعلى الأخص في صناعة الصلب وإنتاج الأمونيا. استخدام الهيدروجين الأنظف أمر مرغوب فيه للغاية في تلك الصناعات. طور فريق متعدد المؤسسات بقيادة مختبر أرجون الوطني محفزًا منخفض التكلفة لعملية تنتج الهيدروجين النظيف من الماء. من بين المساهمين الآخرين مختبرات سانديا الوطنية التابعة لوزارة الطاقة ومختبر لورانس بيركلي الوطني ، بالإضافة إلى شركة جينر. وقد نُشر هذا البحث في علوم ("محفز تطور الأكسجين الإسبنيل بالكوبالت والمغنيسيوم للتحليل الكهربائي لغشاء تبادل البروتون"). تتطور فقاعات الأكسجين من جزيئات المحفز الليفية المترابطة (يمين) أثناء تفاعل التحفيز الكهربائي مع الماء. هيكل شبكي لمحفز قائم على الكوبالت على اليسار. (الصورة: مختبر Argonne الوطني / Lina Chong و Longsheng Wu باستخدام خلفية Shutterstock) قال دي جيا ليو ، الكيميائي الأول في Argonne: "عملية تسمى التحليل الكهربائي تنتج الهيدروجين والأكسجين من الماء وهي موجودة منذ أكثر من قرن". كما أنه حاصل على موعد مشترك في كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية بجامعة شيكاغو. تمثل المحلل الكهربائي غشاء تبادل البروتون (PEM) جيلًا جديدًا من التكنولوجيا لهذه العملية. يمكنهم تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين بكفاءة أعلى في درجة حرارة الغرفة القريبة. إن انخفاض الطلب على الطاقة يجعلها خيارًا مثاليًا لإنتاج الهيدروجين النظيف باستخدام مصادر متجددة ولكنها متقطعة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. يعمل هذا المحلل الكهربائي مع محفزات منفصلة لكل من أقطابها (الكاثود والأنود). ينتج محفز الكاثود الهيدروجين ، بينما محفز الأنود يشكل الأكسجين. المشكلة هي أن محفز الأنود يستخدم الإيريديوم ، الذي يبلغ سعره الحالي في السوق حوالي 5,000 دولار للأونصة. يشكل نقص العرض وارتفاع تكلفة الإيريديوم حاجزًا رئيسيًا أمام اعتماد المحلل الكهربائي PEM على نطاق واسع. المكون الرئيسي في المحفز الجديد هو الكوبالت ، وهو أرخص بكثير من الإيريديوم. قال ليو: "لقد سعينا إلى تطوير محفز أنود منخفض التكلفة في محلل كهربي PEM يولد الهيدروجين بإنتاجية عالية بينما يستهلك الحد الأدنى من الطاقة". "باستخدام المحفز المعتمد على الكوبالت المحضر بطريقتنا ، يمكن للمرء إزالة عنق الزجاجة الرئيسي لتكلفة إنتاج الهيدروجين النظيف في المحلل الكهربائي." قامت شركة Giner Inc. ، وهي شركة بحث وتطوير رائدة تعمل على تسويق المحلل الكهربائي وخلايا الوقود ، بتقييم المحفز الجديد باستخدام محطات اختبار المحلل الكهربائي PEM في ظل ظروف التشغيل الصناعية. لقد تجاوز أداء ومتانة المحفزات المنافسة. من المهم لتعزيز أداء المحفز فهم آلية التفاعل على المستوى الذري تحت ظروف تشغيل المحلل الكهربي. قام الفريق بفك تشفير التغييرات الهيكلية الحرجة التي تحدث في المحفز تحت ظروف التشغيل باستخدام تحليلات الأشعة السينية في مصدر الفوتون المتقدم (APS) في أرجون. حددوا أيضًا ميزات المحفز الرئيسية باستخدام المجهر الإلكتروني في Sandia Labs وفي مركز Argonne للمواد النانوية (CNM). APS و CNM كلاهما من مرافق المستخدم التابعة لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة. قال Jianguo Wen ، عالم مواد Argonne: "لقد صورنا التركيب الذري على سطح المحفز الجديد في مراحل مختلفة من التحضير". بالإضافة إلى ذلك ، كشفت النمذجة الحاسوبية في مختبر بيركلي عن رؤى مهمة حول متانة المحفز في ظل ظروف التفاعل. يعد إنجاز الفريق خطوة إلى الأمام في مبادرة الطاقة الهيدروجينية الأرضية التي أطلقتها وزارة الطاقة ، والتي تحاكي الولايات المتحدة برنامج الفضاء "Moon Shot" في الستينيات. هدفها الطموح هو خفض تكلفة إنتاج الهيدروجين الأخضر إلى دولار واحد لكل كيلوغرام في عقد من الزمان. يمكن أن يؤدي إنتاج الهيدروجين الأخضر بهذه التكلفة إلى إعادة تشكيل اقتصاد الأمة. تشمل التطبيقات الشبكة الكهربائية والتصنيع والنقل والتدفئة السكنية والتجارية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63079.php