Pridobivanje čistega goriva iz vode

30. maj 2023 (Nanowerk novice) Na očeh se skriva obilna zaloga čiste energije. To je vodik, ki ga lahko pridobimo iz vode (H2O) z uporabo obnovljive energije. Znanstveniki iščejo poceni metode za proizvodnjo čistega vodika iz vode, da bi nadomestili fosilna goriva, kot del prizadevanj za boj proti podnebnim spremembam. Vodik lahko poganja vozila, pri tem pa ne oddaja nič drugega kot vodo. Vodik je tudi pomembna kemikalija za številne industrijske procese, predvsem pri proizvodnji jekla in amoniaka. Uporaba čistejšega vodika je v teh panogah zelo zaželena. Večinstitucionalna ekipa pod vodstvom nacionalnega laboratorija Argonne je razvila poceni katalizator za proces, ki daje čisti vodik iz vode. Drugi sodelavci vključujejo nacionalne laboratorije Sandia in nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley DOE ter Giner Inc. Ta raziskava je bila objavljena v Znanost (»Katalizator za sproščanje kisika iz kobaltovega spinela, dopiranega z La in Mn, za elektrolizo protonske izmenjevalne membrane«). Kisikovi mehurčki, ki nastajajo iz vlaknatih, medsebojno povezanih delcev katalizatorja (desno) med elektrokatalitsko reakcijo z vodo. Rešetkasta struktura za katalizator na osnovi kobalta na levi. (Slika: Nacionalni laboratorij Argonne/Lina Chong in Longsheng Wu z uporabo ozadja Shutterstock) »Proces, imenovan elektroliza, proizvaja vodik in kisik iz vode in obstaja že več kot stoletje,« je dejal Di-Jia Liu, višji kemik pri Argonnu. Ima tudi skupno imenovanje v Pritzker School of Molecular Engineering na Univerzi v Chicagu. Elektrolizatorji s protonsko izmenjevalno membrano (PEM) predstavljajo novo generacijo tehnologije za ta proces. Vodo lahko razdelijo na vodik in kisik z večjo učinkovitostjo pri skoraj sobni temperaturi. Zaradi zmanjšanega povpraševanja po energiji so idealna izbira za proizvodnjo čistega vodika z uporabo obnovljivih, vendar občasnih virov, kot sta sonce in veter. Ta elektrolizator deluje z ločenimi katalizatorji za vsako od svojih elektrod (katoda in anoda). Katodni katalizator daje vodik, medtem ko anodni katalizator tvori kisik. Težava je v tem, da anodni katalizator uporablja iridij, katerega trenutna tržna cena je okoli 5,000 USD za unčo. Pomanjkanje ponudbe in visoki stroški iridija predstavljajo veliko oviro za široko uporabo elektrolizatorjev PEM. Glavna sestavina novega katalizatorja je kobalt, ki je bistveno cenejši od iridija. "Prizadevali smo si razviti poceni anodni katalizator v elektrolizatorju PEM, ki ustvarja vodik z visoko zmogljivostjo in hkrati porabi minimalno energijo," je dejal Liu. "Z uporabo katalizatorja na osnovi kobalta, pripravljenega po naši metodi, bi lahko odstranili glavno ozko grlo stroškov za proizvodnjo čistega vodika v elektrolizatorju." Giner Inc., vodilno raziskovalno in razvojno podjetje, ki si prizadeva za komercializacijo elektrolizatorjev in gorivnih celic, je ovrednotilo novi katalizator z uporabo svojih testnih postaj za elektrolizatorje PEM v industrijskih pogojih delovanja. Zmogljivost in vzdržljivost sta daleč presegli zmogljivosti konkurenčnih katalizatorjev. Pomembno za nadaljnje izboljšanje delovanja katalizatorja je razumevanje reakcijskega mehanizma na atomski lestvici v pogojih delovanja elektrolizatorja. Ekipa je dešifrirala kritične strukturne spremembe, ki se pojavijo v katalizatorju v delovnih pogojih z uporabo rentgenskih analiz na Advanced Photon Source (APS) v Argonnu. Identificirali so tudi ključne lastnosti katalizatorja z uporabo elektronske mikroskopije v Sandia Labs in v Argonnovem centru za nanometrske materiale (CNM). APS in CNM sta uporabniški napravi Urada za znanost DOE. "Atomsko strukturo na površini novega katalizatorja smo posneli na različnih stopnjah priprave," je povedal Jianguo Wen, znanstvenik za materiale Argonne. Poleg tega je računalniško modeliranje v laboratoriju Berkeley razkrilo pomembne vpoglede v vzdržljivost katalizatorja v reakcijskih pogojih. Dosežek ekipe je korak naprej v pobudi DOE za vodikovo energijo Earthshot, ki posnema ZDA "Moon Shot" vesoljskega programa iz šestdesetih let prejšnjega stoletja. Njen ambiciozen cilj je v enem desetletju znižati stroške proizvodnje zelenega vodika na en dolar na kilogram. Proizvodnja zelenega vodika za to ceno bi lahko preoblikovala nacionalno gospodarstvo. Aplikacije vključujejo električno omrežje, proizvodnjo, transport ter stanovanjsko in komercialno ogrevanje.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• Kupujte in prodajajte delnice podjetij pred IPO s PREIPO®. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63079.php