Udvinding af rent brændstof fra vand

Udvinding af rent brændstof fra vand

Tidsstempel: 30. maj 2023 kl. 3
Kildeknude: 2689028
30. maj 2023 (Nanowerk nyheder) En rigelig forsyning af ren energi lurer i almindeligt syn. Det er brinten, vi kan udvinde fra vand (H2O) brug af vedvarende energi. Forskere søger billige metoder til at producere rent brint fra vand til erstatning for fossile brændstoffer, som en del af bestræbelserne på at bekæmpe klimaændringer. Brint kan drive køretøjer, mens det ikke udsender andet end vand. Brint er også et vigtigt kemikalie for mange industrielle processer, især i stålfremstilling og ammoniakproduktion. Brug af renere brint er yderst ønskeligt i disse industrier. Et multi-institutionelt team ledet af Argonne National Laboratory har udviklet en billig katalysator til en proces, der giver rent brint fra vand. Andre bidragydere omfatter DOE's Sandia National Laboratories og Lawrence Berkeley National Laboratory samt Giner Inc. Denne forskning blev offentliggjort i Videnskab ("La- og Mn-doteret koboltspinel oxygenudviklingskatalysator til protonudvekslingsmembranelektrolyse"). Iltbobler, der udvikler sig fra fibrøse, indbyrdes forbundne katalysatorpartikler (til højre) under elektrokatalytisk reaktion med vand. Gitterstruktur til koboltbaseret katalysator til venstre. Iltbobler, der udvikler sig fra fibrøse, indbyrdes forbundne katalysatorpartikler (til højre) under elektrokatalytisk reaktion med vand. Gitterstruktur til koboltbaseret katalysator til venstre. (Billede: Argonne National Laboratory/Lina Chong og Longsheng Wu ved hjælp af en Shutterstock-baggrund) "En proces kaldet elektrolyse producerer brint og oxygen fra vand og har eksisteret i mere end et århundrede," sagde Di-Jia Liu, seniorkemiker hos Argonne. Han har også en fælles ansættelse i Pritzker School of Molecular Engineering ved University of Chicago. Proton exchange membrane (PEM) elektrolysatorer repræsenterer en ny generation af teknologi til denne proces. De kan opdele vand til brint og ilt med højere effektivitet ved nær stuetemperatur. Det reducerede energibehov gør dem til et ideelt valg til at producere rent brint ved at bruge vedvarende, men intermitterende kilder, såsom sol og vind. Denne elektrolysator kører med separate katalysatorer for hver af dens elektroder (katode og anode). Katodekatalysatoren giver hydrogen, mens anodekatalysatoren danner oxygen. Et problem er, at anodekatalysatoren bruger iridium, som har en aktuel markedspris på omkring $5,000 pr. ounce. Manglen på forsyning og høje omkostninger ved iridium udgør en stor barriere for udbredt anvendelse af PEM-elektrolysatorer. Hovedingrediensen i den nye katalysator er kobolt, som er væsentligt billigere end iridium. "Vi søgte at udvikle en billig anodekatalysator i en PEM-elektrolysator, der genererer brint ved høj gennemstrømning, mens den forbruger minimalt med energi," sagde Liu. "Ved at bruge den koboltbaserede katalysator fremstillet ved vores metode, kunne man fjerne den største flaskehals i omkostningerne ved at producere rent brint i en elektrolysator." Giner Inc., en førende forsknings- og udviklingsvirksomhed, der arbejder hen imod kommercialisering af elektrolysatorer og brændselsceller, evaluerede den nye katalysator ved hjælp af sine PEM-elektrolysatorteststationer under industrielle driftsforhold. Ydeevnen og holdbarheden oversteg langt konkurrenternes katalysatorer. Vigtigt for yderligere at fremme katalysatorens ydeevne er at forstå reaktionsmekanismen på atomær skala under elektrolysatordriftsbetingelser. Holdet dechiffrerede kritiske strukturelle ændringer, der forekommer i katalysatoren under driftsforhold ved at bruge røntgenanalyser ved Advanced Photon Source (APS) i Argonne. De identificerede også vigtige katalysatoregenskaber ved hjælp af elektronmikroskopi på Sandia Labs og på Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM). APS og CNM er begge DOE Office of Science brugerfaciliteter. "Vi afbildede atomstrukturen på overfladen af ​​den nye katalysator på forskellige stadier af forberedelsen," sagde Jianguo Wen, en Argonne-materialeforsker. Derudover afslørede beregningsmodellering ved Berkeley Lab vigtig indsigt i katalysatorens holdbarhed under reaktionsbetingelser. Holdets præstation er et skridt fremad i DOE's Hydrogen Energy Earthshot-initiativ, som efterligner USA rumprogrammets "Moon Shot" fra 1960'erne. Dets ambitiøse mål er at sænke omkostningerne for grøn brintproduktion til én dollar per kilogram på et årti. Produktion af grøn brint til den pris kunne omforme nationens økonomi. Anvendelser omfatter elnettet, fremstilling, transport og bolig- og erhvervsopvarmning.

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk