Εξαγωγή καθαρού καυσίμου από το νερό

30 Μαΐου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Ένα άφθονο απόθεμα καθαρής ενέργειας καραδοκεί σε κοινή θέα. Είναι το υδρογόνο που μπορούμε να εξαγάγουμε από το νερό (H2ΙΕ) χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Οι επιστήμονες αναζητούν μεθόδους χαμηλού κόστους για την παραγωγή καθαρού υδρογόνου από το νερό για την αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων, ως μέρος της προσπάθειας για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής. Το υδρογόνο μπορεί να τροφοδοτήσει οχήματα ενώ δεν εκπέμπει τίποτα άλλο εκτός από νερό. Το υδρογόνο είναι επίσης μια σημαντική χημική ουσία για πολλές βιομηχανικές διεργασίες, κυρίως στην παραγωγή χάλυβα και στην παραγωγή αμμωνίας. Η χρήση καθαρότερου υδρογόνου είναι ιδιαίτερα επιθυμητή σε αυτές τις βιομηχανίες. Μια πολυϊδρυματική ομάδα με επικεφαλής το Εθνικό Εργαστήριο Argonne έχει αναπτύξει έναν καταλύτη χαμηλού κόστους για μια διαδικασία που παράγει καθαρό υδρογόνο από το νερό. Άλλοι συνεισφέροντες περιλαμβάνουν τα Εθνικά Εργαστήρια Sandia της DOE και το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley, καθώς και την Giner Inc. Αυτή η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Επιστήμη («Καταλύτης εξέλιξης οξυγόνου κοβαλτίου σπινελίου με πρόσμειξη La και Mn για ηλεκτρόλυση μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων»). Φυσαλίδες οξυγόνου που εξελίσσονται από ινώδη, διασυνδεδεμένα σωματίδια καταλύτη (δεξιά) κατά την ηλεκτροκαταλυτική αντίδραση με το νερό. Δομή πλέγματος για καταλύτη με βάση το κοβάλτιο στα αριστερά. (Εικόνα: Εθνικό Εργαστήριο Argonne/Lina Chong και Longsheng Wu χρησιμοποιώντας φόντο Shutterstock) «Μια διαδικασία που ονομάζεται ηλεκτρόλυση παράγει υδρογόνο και οξυγόνο από το νερό και υπάρχει εδώ και περισσότερο από έναν αιώνα», δήλωσε ο Di-Jia Liu, ανώτερος χημικός στο Argonne. Έχει επίσης ένα κοινό ραντεβού στη Σχολή Μοριακής Μηχανικής Pritzker στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο. Οι ηλεκτρολύτες με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEM) αντιπροσωπεύουν μια νέα γενιά τεχνολογίας για αυτή τη διαδικασία. Μπορούν να διασπάσουν το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο με υψηλότερη απόδοση σε σχεδόν θερμοκρασία δωματίου. Η μειωμένη ζήτηση ενέργειας τα καθιστά ιδανική επιλογή για την παραγωγή καθαρού υδρογόνου με χρήση ανανεώσιμων αλλά διακοπτόμενων πηγών, όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια. Αυτός ο ηλεκτρολύτης λειτουργεί με ξεχωριστούς καταλύτες για κάθε ηλεκτρόδιο του (κάθοδος και άνοδος). Ο καταλύτης καθόδου παράγει υδρογόνο, ενώ ο καταλύτης ανόδου σχηματίζει οξυγόνο. Ένα πρόβλημα είναι ότι ο καταλύτης ανόδου χρησιμοποιεί ιρίδιο, το οποίο έχει τρέχουσα τιμή αγοράς περίπου 5,000 $ ανά ουγγιά. Η έλλειψη προμήθειας και το υψηλό κόστος του ιριδίου αποτελούν σημαντικό εμπόδιο για την ευρεία υιοθέτηση ηλεκτρολυτών PEM. Το κύριο συστατικό του νέου καταλύτη είναι το κοβάλτιο, το οποίο είναι σημαντικά φθηνότερο από το ιρίδιο. «Προσπαθήσαμε να αναπτύξουμε έναν καταλύτη ανόδου χαμηλού κόστους σε έναν ηλεκτρολύτη PEM που παράγει υδρογόνο σε υψηλή απόδοση ενώ καταναλώνει ελάχιστη ενέργεια», είπε ο Liu. «Με τη χρήση του καταλύτη με βάση το κοβάλτιο που παρασκευάστηκε με τη μέθοδό μας, θα μπορούσε κανείς να αφαιρέσει το κύριο σημείο συμφόρησης του κόστους για την παραγωγή καθαρού υδρογόνου σε έναν ηλεκτρολύτη». Η Giner Inc., μια κορυφαία εταιρεία έρευνας και ανάπτυξης που εργάζεται για την εμπορευματοποίηση ηλεκτρολυτών και κυψελών καυσίμου, αξιολόγησε τον νέο καταλύτη χρησιμοποιώντας τους σταθμούς δοκιμών ηλεκτρολύτη PEM υπό βιομηχανικές συνθήκες λειτουργίας. Η απόδοση και η ανθεκτικότητα ξεπέρασαν κατά πολύ αυτές των καταλυτών των ανταγωνιστών. Σημαντικό για την περαιτέρω προώθηση της απόδοσης του καταλύτη είναι η κατανόηση του μηχανισμού αντίδρασης σε ατομική κλίμακα υπό συνθήκες λειτουργίας ηλεκτρολύτη. Η ομάδα αποκρυπτογράφησε κρίσιμες δομικές αλλαγές που συμβαίνουν στον καταλύτη υπό συνθήκες λειτουργίας χρησιμοποιώντας αναλύσεις ακτίνων Χ στην Προηγμένη Πηγή Φωτονίων (APS) στο Argonne. Προσδιόρισαν επίσης βασικά χαρακτηριστικά καταλύτη χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία στα εργαστήρια Sandia και στο Argonne's Centre for Nanoscale Materials (CNM). Το APS και το CNM είναι εγκαταστάσεις χρήστη του DOE Office of Science. «Παρατηρήσαμε την ατομική δομή στην επιφάνεια του νέου καταλύτη σε διάφορα στάδια προετοιμασίας», δήλωσε ο Jianguo Wen, ένας επιστήμονας των υλικών Argonne. Επιπλέον, η υπολογιστική μοντελοποίηση στο Berkeley Lab αποκάλυψε σημαντικές πληροφορίες για την ανθεκτικότητα του καταλύτη υπό συνθήκες αντίδρασης. Το επίτευγμα της ομάδας είναι ένα βήμα προς τα εμπρός στην πρωτοβουλία Hydrogen Energy Earthshot της DOE, η οποία μιμείται τις Η.Π.Α. Το διαστημικό πρόγραμμα «Moon Shot» της δεκαετίας του 1960. Ο φιλόδοξος στόχος της είναι να μειώσει το κόστος για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου σε ένα δολάριο ανά κιλό σε μια δεκαετία. Η παραγωγή πράσινου υδρογόνου με αυτό το κόστος θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει την οικονομία της χώρας. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν το ηλεκτρικό δίκτυο, την κατασκευή, τη μεταφορά και τη θέρμανση κατοικιών και εμπορικών χώρων.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• Minting the Future με την Adryenn Ashley. Πρόσβαση εδώ.
• Αγορά και πώληση μετοχών σε εταιρείες PRE-IPO με το PREIPO®. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63079.php