Extracting A Clean Fuel From Water

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

30. toukokuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Runsaasti puhdasta energiaa piilee näköpiirissä. Se on vety, jonka voimme erottaa vedestä (H2O) uusiutuvan energian käyttö. Tiedemiehet etsivät edullisia menetelmiä puhtaan vedyn tuottamiseksi vedestä fossiilisten polttoaineiden korvaamiseksi osana ilmastonmuutoksen torjuntaa. Vety voi käyttää ajoneuvoja samalla kun se ei päästä mitään muuta kuin vettä. Vety on myös tärkeä kemikaali monissa teollisissa prosesseissa, erityisesti teräksen ja ammoniakin tuotannossa. Puhtaamman vedyn käyttö on erittäin toivottavaa näillä aloilla. Argonne National Laboratoryn johtama monialainen tiimi on kehittänyt edullisen katalyytin prosessille, joka tuottaa puhdasta vetyä vedestä. Muita avustajia ovat DOE:n Sandia National Laboratories ja Lawrence Berkeley National Laboratory sekä Giner Inc. Tämä tutkimus julkaistiin tiede ("La- and Mn-doped cobalt spinel oxygen evolution catalyst for proton exchange membrane electrolysis").

Happikuplat, jotka kehittyvät kuituisista, toisiinsa liittyvistä katalyyttihiukkasista (oikealla) sähkökatalyyttisen reaktion aikana veden kanssa. Vasemmalla kobolttipohjaisen katalyytin ristikkorakenne. (Kuva: Argonne National Laboratory / Lina Chong ja Longsheng Wu käyttäen Shutterstock-taustaa) "Prosessi, jota kutsutaan elektrolyysiksi, tuottaa vetyä ja happea vedestä, ja se on ollut olemassa yli vuosisadan", sanoi Di-Jia Liu, Argonnen vanhempi kemisti. Hänellä on myös yhteinen nimitys Pritzker School of Molecular Engineeringissä Chicagon yliopistossa. Protoninvaihtokalvoelektrolysaattorit (PEM) edustavat uuden sukupolven teknologiaa tälle prosessille. Ne voivat jakaa veden vedyksi ja hapeksi tehokkaammin lähellä huoneenlämpötilaa. Vähentynyt energian tarve tekee niistä ihanteellisen valinnan puhtaan vedyn tuottamiseen käyttämällä uusiutuvia, mutta ajoittaisia lähteitä, kuten aurinkoa ja tuulta. Tämä elektrolysaattori toimii erillisillä katalyyteillä jokaiselle sen elektrodille (katodille ja anodille). Katodikatalyytti tuottaa vetyä, kun taas anodikatalyytti muodostaa happea. Ongelmana on, että anodikatalysaattori käyttää iridiumia, jonka nykyinen markkinahinta on noin 5,000 XNUMX dollaria unssilta. Iridiumin tarjonnan puute ja korkea hinta muodostavat suuren esteen PEM-elektrolysaattorien laajalle leviämiselle. Uuden katalyytin pääainesosa on koboltti, joka on huomattavasti halvempaa kuin iridium. "Yritimme kehittää edullisen anodikatalysaattorin PEM-elektrolysaattoriin, joka tuottaa vetyä suurella teholla kuluttaen samalla vähän energiaa", Liu sanoi. "Käyttämällä menetelmällämme valmistettua kobolttipohjaista katalyyttiä voitaisiin poistaa pääasiallinen pullonkaula puhtaan vedyn tuottamisesta elektrolysaattorissa." Giner Inc., johtava elektrolyysilaitteiden ja polttokennojen kaupallistamiseen pyrkivä tutkimus- ja kehitysyhtiö, arvioi uuden katalyytin käyttämällä PEM-elektrolysaattorin testiasemia teollisissa käyttöolosuhteissa. Suorituskyky ja kestävyys ylittivät selvästi kilpailijoiden katalysaattorit. Tärkeää katalyytin suorituskyvyn edistämiseksi on ymmärtää reaktiomekanismi atomimittakaavassa elektrolysaattorin toimintaolosuhteissa. Ryhmä selvitti kriittisiä rakenteellisia muutoksia, jotka tapahtuvat katalyytissä käyttöolosuhteissa käyttämällä röntgenanalyysejä Advanced Photon Sourcessa (APS) Argonnessa. He myös tunnistivat tärkeimmät katalyytin ominaisuudet käyttämällä elektronimikroskopiaa Sandia Labsissa ja Argonnen nanomittakaavan materiaalien keskuksessa (CNM). APS ja CNM ovat molemmat DOE Office of Sciencen käyttäjätiloja. "Kuvaimme atomirakenteen uuden katalyytin pinnalle valmistelun eri vaiheissa", sanoi Jianguo Wen, Argonnen materiaalitutkija. Lisäksi Berkeley Labin laskennallinen mallinnus paljasti tärkeitä oivalluksia katalyytin kestävyydestä reaktio-olosuhteissa. Tiimin saavutus on askel eteenpäin DOE:n Hydrogen Energy Earthshot -aloitteessa, joka jäljittelee Yhdysvaltoja. avaruusohjelman "Moon Shot" 1960-luvulta. Sen kunnianhimoinen tavoite on alentaa vihreän vedyn tuotannon kustannukset yhteen dollariin kilolta vuosikymmenessä. Vihreän vedyn tuotanto tällä hinnalla voisi muuttaa kansan talouden. Sovelluksia ovat sähköverkko, valmistus, kuljetus sekä asuntojen ja liiketilojen lämmitys.