Utvinning av rent drivstoff fra vann

Utvinning av rent drivstoff fra vann

Tidsstempel: 30. mai 2023 3:43
Kilde node: 2689028
30. mai 2023 (Nanowerk Nyheter) En rikelig tilførsel av ren energi lurer i vanlig syn. Det er hydrogenet vi kan trekke ut fra vann (H2O) bruk av fornybar energi. Forskere leter etter rimelige metoder for å produsere rent hydrogen fra vann for å erstatte fossilt brensel, som en del av forsøket på å bekjempe klimaendringer. Hydrogen kan drive kjøretøy mens det ikke slipper ut annet enn vann. Hydrogen er også et viktig kjemikalie for mange industrielle prosesser, spesielt innen stålproduksjon og ammoniakkproduksjon. Å bruke renere hydrogen er svært ønskelig i disse bransjene. Et multi-institusjonelt team ledet av Argonne National Laboratory har utviklet en rimelig katalysator for en prosess som gir rent hydrogen fra vann. Andre bidragsytere inkluderer DOEs Sandia National Laboratories og Lawrence Berkeley National Laboratory, samt Giner Inc. Denne forskningen ble publisert i Vitenskap ("La- and Mn-doped cobalt spinel oxygen evolution catalyst for proton exchange membrane electrolysis"). Oksygenbobler som utvikler seg fra fibrøse, sammenkoblede katalysatorpartikler (til høyre) under elektrokatalytisk reaksjon med vann. Gitterstruktur for koboltbasert katalysator til venstre. Oksygenbobler som utvikler seg fra fibrøse, sammenkoblede katalysatorpartikler (til høyre) under elektrokatalytisk reaksjon med vann. Gitterstruktur for koboltbasert katalysator til venstre. (Bilde: Argonne National Laboratory/Lina Chong og Longsheng Wu med Shutterstock-bakgrunn) "En prosess kalt elektrolyse produserer hydrogen og oksygen fra vann og har eksistert i mer enn et århundre," sa Di-Jia Liu, seniorkjemiker ved Argonne. Han har også en felles ansettelse i Pritzker School of Molecular Engineering ved University of Chicago. Proton exchange membrane (PEM) elektrolysatorer representerer en ny generasjon teknologi for denne prosessen. De kan splitte vann til hydrogen og oksygen med høyere effektivitet ved nær romtemperatur. Det reduserte energibehovet gjør dem til et ideelt valg for å produsere rent hydrogen ved å bruke fornybare, men intermitterende kilder, som sol og vind. Denne elektrolysatoren kjører med separate katalysatorer for hver av sine elektroder (katode og anode). Katodekatalysatoren gir hydrogen, mens anodekatalysatoren danner oksygen. Et problem er at anodekatalysatoren bruker iridium, som har en gjeldende markedspris på rundt 5,000 dollar per unse. Mangelen på tilbud og høye kostnader for iridium utgjør en stor barriere for utbredt bruk av PEM-elektrolysatorer. Hovedingrediensen i den nye katalysatoren er kobolt, som er vesentlig billigere enn iridium. "Vi forsøkte å utvikle en rimelig anodekatalysator i en PEM-elektrolysator som genererer hydrogen med høy gjennomstrømning samtidig som den bruker minimalt med energi," sa Liu. "Ved å bruke den koboltbaserte katalysatoren fremstilt etter metoden vår, kan man fjerne hovedflaskehalsen for kostnadene ved å produsere rent hydrogen i en elektrolysator." Giner Inc., et ledende forsknings- og utviklingsselskap som arbeider mot kommersialisering av elektrolysere og brenselceller, evaluerte den nye katalysatoren ved å bruke sine PEM-elektrolysatorteststasjoner under industrielle driftsforhold. Ytelsen og holdbarheten oversteg langt konkurrentenes katalysatorer. Viktig for ytterligere å fremme katalysatorytelsen er å forstå reaksjonsmekanismen på atomskala under elektrolysatordriftsforhold. Teamet dechiffrerte kritiske strukturelle endringer som skjer i katalysatoren under driftsforhold ved å bruke røntgenanalyser ved Advanced Photon Source (APS) i Argonne. De identifiserte også viktige katalysatorfunksjoner ved hjelp av elektronmikroskopi ved Sandia Labs og ved Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM). APS og CNM er begge DOE Office of Science brukerfasiliteter. "Vi avbildet atomstrukturen på overflaten av den nye katalysatoren på forskjellige stadier av forberedelsen," sa Jianguo Wen, en Argonne-materialforsker. I tillegg avslørte beregningsmodellering ved Berkeley Lab viktig innsikt i katalysatorens holdbarhet under reaksjonsforhold. Teamets prestasjon er et skritt fremover i DOEs Hydrogen Energy Earthshot-initiativ, som etterligner USA romprogrammets "Moon Shot" fra 1960-tallet. Dens ambisiøse mål er å redusere kostnadene for produksjon av grønt hydrogen til én dollar per kilo om et tiår. Produksjon av grønt hydrogen til den prisen kan omforme landets økonomi. Bruksområder inkluderer det elektriske nettet, produksjon, transport og bolig- og kommersiell oppvarming.

Tidstempel:

Mer fra Nanowerk