استخراج سوخت پاک از آب

استخراج سوخت پاک از آب

تمبر زمان: 30 مه 2023 ساعت 3:43 بعد از ظهر
گره منبع: 2689028
30 مه 2023 (اخبار نانوورک) منبع فراوان انرژی پاک در کمین چشم است. این هیدروژنی است که می توانیم از آب استخراج کنیم (H2الف) استفاده از انرژی های تجدیدپذیر. دانشمندان به عنوان بخشی از تلاش برای مبارزه با تغییرات اقلیمی به دنبال روش‌های کم‌هزینه برای تولید هیدروژن پاک از آب هستند تا جایگزین سوخت‌های فسیلی شوند. هیدروژن می تواند وسایل نقلیه را به حرکت درآورد در حالی که چیزی جز آب منتشر نمی کند. هیدروژن همچنین یک ماده شیمیایی مهم برای بسیاری از فرآیندهای صنعتی، به ویژه در فولادسازی و تولید آمونیاک است. استفاده از هیدروژن تمیزتر در این صنایع بسیار مطلوب است. یک تیم چند سازمانی به رهبری آزمایشگاه ملی آرگون یک کاتالیزور کم هزینه برای فرآیندی ایجاد کرده است که هیدروژن تمیز از آب تولید می کند. سایر مشارکت‌کنندگان شامل آزمایشگاه‌های ملی ساندیا DOE و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و همچنین Giner Inc. علم ("کاتالیزور تکامل اکسیژن کبالت اسپینل دوپ شده با لا و منگنز برای الکترولیز غشای تبادل پروتون"). حباب های اکسیژن که از ذرات کاتالیزور فیبری و به هم پیوسته (سمت راست) در طی واکنش الکتروکاتالیستی با آب ایجاد می شوند. ساختار شبکه برای کاتالیزور مبتنی بر کبالت در سمت چپ. حباب های اکسیژن که از ذرات کاتالیزور فیبری و به هم پیوسته (سمت راست) در طی واکنش الکتروکاتالیستی با آب ایجاد می شوند. ساختار شبکه برای کاتالیزور مبتنی بر کبالت در سمت چپ. (تصویر: آزمایشگاه ملی آرگون/لینا چونگ و لانگ‌شنگ وو با استفاده از پس‌زمینه شاتراستاک) دی جیا لیو، شیمیدان ارشد در آرگون، گفت: «فرآیندی به نام الکترولیز، هیدروژن و اکسیژن را از آب تولید می‌کند و بیش از یک قرن است که وجود داشته است. او همچنین یک قرار ملاقات مشترک در دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر در دانشگاه شیکاگو دارد. الکترولیزهای غشای تبادل پروتون (PEM) نشان دهنده نسل جدیدی از فناوری برای این فرآیند است. آنها می توانند آب را به هیدروژن و اکسیژن با کارایی بالاتر در دمای نزدیک اتاق تقسیم کنند. کاهش تقاضای انرژی آنها را به گزینه ای ایده آل برای تولید هیدروژن پاک با استفاده از منابع تجدیدپذیر اما متناوب مانند خورشید و باد تبدیل می کند. این الکترولیز با کاتالیزورهای جداگانه برای هر یک از الکترودهای خود (کاتد و آند) کار می کند. کاتالیزور کاتدی هیدروژن تولید می کند، در حالی که کاتالیزور آند اکسیژن را تشکیل می دهد. یک مشکل این است که کاتالیزور آند از ایریدیوم استفاده می کند که قیمت فعلی آن در بازار حدود 5,000 دلار در هر اونس است. کمبود عرضه و هزینه بالای ایریدیوم مانع بزرگی برای پذیرش گسترده الکترولیزهای PEM است. ماده اصلی کاتالیزور جدید کبالت است که به طور قابل توجهی ارزان تر از ایریدیوم است. لیو گفت: «ما به دنبال توسعه یک کاتالیزور آند ارزان قیمت در یک الکترولیز PEM بودیم که هیدروژن را با توان عملیاتی بالا و در عین حال مصرف حداقل انرژی تولید کند. با استفاده از کاتالیزور مبتنی بر کبالت که با روش ما تهیه شده است، می توان گلوگاه اصلی هزینه تولید هیدروژن تمیز در الکترولیز را از بین برد. شرکت Giner، یک شرکت پیشرو در تحقیق و توسعه که به سمت تجاری سازی الکترولیزها و سلول های سوختی کار می کند، کاتالیزور جدید را با استفاده از ایستگاه های آزمایش الکترولیز PEM خود در شرایط عملیاتی صنعتی ارزیابی کرد. عملکرد و دوام بسیار بیشتر از کاتالیزورهای رقبا بود. برای پیشرفت بیشتر عملکرد کاتالیزور، درک مکانیسم واکنش در مقیاس اتمی در شرایط کار الکترولیز مهم است. این تیم با استفاده از تجزیه و تحلیل اشعه ایکس در منبع فوتون پیشرفته (APS) در Argonne، تغییرات ساختاری حیاتی را که در کاتالیزور در شرایط عملیاتی رخ می دهد، رمزگشایی کردند. آنها همچنین ویژگی‌های کلیدی کاتالیزور را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی در آزمایشگاه‌های Sandia و در مرکز مواد نانومقیاس Argonne (CNM) شناسایی کردند. APS و CNM هر دو امکانات کاربری دفتر علوم DOE هستند. Jianguo Wen، دانشمند مواد آرگون گفت: ما ساختار اتمی را در سطح کاتالیزور جدید در مراحل مختلف آماده‌سازی تصویر کردیم. علاوه بر این، مدل‌سازی محاسباتی در آزمایشگاه برکلی، بینش‌های مهمی را در مورد دوام کاتالیزور در شرایط واکنش نشان داد. دستاورد این تیم گامی رو به جلو در ابتکار عمل زمین شات هیدروژن انرژی DOE است که شبیه ایالات متحده است. برنامه فضایی "شات ماه" در دهه 1960. هدف بلندپروازانه آن کاهش هزینه تولید هیدروژن سبز به یک دلار در هر کیلوگرم در یک دهه است. تولید هیدروژن سبز با این هزینه می تواند اقتصاد کشور را تغییر دهد. کاربردها شامل شبکه برق، تولید، حمل و نقل و گرمایش مسکونی و تجاری است.

تمبر زمان:

بیشتر از نانورک