Utvinning av rent bränsle från vatten

Utvinning av rent bränsle från vatten

Tidsstämpel: 30 maj 2023 3:43
Källnod: 2689028
30 maj 2023 (Nanowerk Nyheter) En riklig tillgång på ren energi lurar i klarsynt. Det är vätet vi kan extrahera från vatten (H2O) använda förnybar energi. Forskare letar efter billiga metoder för att producera rent väte från vatten för att ersätta fossila bränslen, som en del av strävan att bekämpa klimatförändringarna. Vätgas kan driva fordon samtidigt som det inte släpper ut annat än vatten. Väte är också en viktig kemikalie för många industriella processer, framför allt vid ståltillverkning och ammoniakproduktion. Att använda renare väte är mycket önskvärt i dessa industrier. Ett multiinstitutionellt team ledd av Argonne National Laboratory har utvecklat en lågkostnadskatalysator för en process som ger rent väte från vatten. Andra bidragsgivare inkluderar DOE:s Sandia National Laboratories och Lawrence Berkeley National Laboratory, samt Giner Inc. Denna forskning publicerades i Vetenskap ("La- och Mn-dopad koboltspinell syreutvecklingskatalysator för protonbytesmembranelektrolys"). Syrebubblor som utvecklas från fibrösa, sammankopplade katalysatorpartiklar (höger) under elektrokatalytisk reaktion med vatten. Gallerstruktur för koboltbaserad katalysator till vänster. Syrebubblor som utvecklas från fibrösa, sammankopplade katalysatorpartiklar (höger) under elektrokatalytisk reaktion med vatten. Gallerstruktur för koboltbaserad katalysator till vänster. (Bild: Argonne National Laboratory/Lina Chong och Longsheng Wu med Shutterstock-bakgrund) "En process som kallas elektrolys producerar väte och syre från vatten och har funnits i mer än ett sekel", säger Di-Jia Liu, senior kemist på Argonne. Han har också en gemensam anställning vid Pritzker School of Molecular Engineering vid University of Chicago. Proton exchange membrane (PEM) elektrolysörer representerar en ny generation av teknologi för denna process. De kan dela vatten till väte och syre med högre effektivitet vid nära rumstemperatur. Det minskade energibehovet gör dem till ett idealiskt val för att producera rent väte genom att använda förnybara men intermittenta källor, som sol och vind. Denna elektrolysator körs med separata katalysatorer för var och en av dess elektroder (katod och anod). Katodkatalysatorn ger väte, medan anodkatalysatorn bildar syre. Ett problem är att anodkatalysatorn använder iridium, som har ett nuvarande marknadspris på cirka 5,000 XNUMX USD per uns. Bristen på tillgång och höga kostnader för iridium utgör en stor barriär för en utbredd användning av PEM-elektrolysörer. Huvudingrediensen i den nya katalysatorn är kobolt, som är betydligt billigare än iridium. "Vi försökte utveckla en billig anodkatalysator i en PEM-elektrolysator som genererar väte med hög genomströmning samtidigt som den förbrukar minimal energi," sa Liu. "Genom att använda den koboltbaserade katalysatorn framställd med vår metod, skulle man kunna ta bort den största flaskhalsen för kostnaden för att producera rent väte i en elektrolysör." Giner Inc., ett ledande forsknings- och utvecklingsföretag som arbetar mot kommersialisering av elektrolysörer och bränsleceller, utvärderade den nya katalysatorn med sina PEM-elektrolysatorteststationer under industriella driftsförhållanden. Prestandan och hållbarheten överträffade vida konkurrenternas katalysatorer. Viktigt för att ytterligare förbättra katalysatorns prestanda är att förstå reaktionsmekanismen i atomär skala under elektrolysatordriftsförhållanden. Teamet dechiffrerade kritiska strukturella förändringar som inträffar i katalysatorn under driftsförhållanden genom att använda röntgenanalyser vid Advanced Photon Source (APS) i Argonne. De identifierade också viktiga katalysatorfunktioner med hjälp av elektronmikroskopi vid Sandia Labs och vid Argonne's Center for Nanoscale Materials (CNM). APS och CNM är båda DOE Office of Science användarfaciliteter. "Vi avbildade atomstrukturen på ytan av den nya katalysatorn i olika stadier av förberedelsen", säger Jianguo Wen, en materialforskare i Argonne. Dessutom avslöjade beräkningsmodellering vid Berkeley Lab viktiga insikter om katalysatorns hållbarhet under reaktionsförhållanden. Teamets prestation är ett steg framåt i DOE:s Hydrogen Energy Earthshot-initiativ, som efterliknar USA rymdprogrammets "Moon Shot" från 1960-talet. Dess ambitiösa mål är att sänka kostnaden för produktion av grönt väte till en dollar per kilogram på ett decennium. Produktion av grönt väte till den kostnaden skulle kunna omforma landets ekonomi. Tillämpningar inkluderar elnätet, tillverkning, transport och uppvärmning av bostäder och kommersiella ändamål.

Tidsstämpel:

Mer från Nanoverk