การพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อลดต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว

การพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อลดต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว

ประทับเวลา: 2 มิถุนายน 2023 5:25 น
โหนดต้นทาง: 2700260
02 มิ.ย. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) ไฮโดรเจนสีเขียวซึ่งผลิตไฮโดรเจนโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลหรือการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ มีความสำคัญมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามในการสร้างเศรษฐกิจที่ปลอดคาร์บอน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนการผลิตที่สูงของอุปกรณ์อิเล็กโทรลิซิสน้ำที่ผลิตไฮโดรเจนสีเขียว ความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของไฮโดรเจนสีเขียวจึงไม่สูงมาก การพัฒนาเทคโนโลยีที่ลดปริมาณโลหะหายากลงอย่างมาก เช่น อิริเดียมและแพลตตินัมที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กโทรลิซิสน้ำแบบเยื่อโพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์ กำลังเปิดทางให้ต้นทุนการผลิตลดลง ทีมวิจัยที่นำโดย Dr. Hyun S. Park และ Sung Jong Yoo จากศูนย์วิจัยไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิงที่สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งเกาหลี (KIST) ประกาศว่า พวกเขาได้พัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถลดปริมาณแพลตตินัมและ อิริเดียม ซึ่งเป็นโลหะมีค่าที่ใช้ในชั้นป้องกันอิเล็กโทรดของอุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิสน้ำด้วยเมมเบรนโพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์ และรับประกันประสิทธิภาพและความทนทานที่ทัดเทียมกับอุปกรณ์ที่มีอยู่ (ตัวเร่งปฏิกิริยาประยุกต์ B สิ่งแวดล้อม, “อิเล็กโทรไลเซอร์น้ำประสิทธิภาพสูงพร้อมการใช้โลหะกลุ่มแพลตตินัมขั้นต่ำ: โครงสร้างนาโนของเหล็กไนไตรด์–อิริเดียมออกไซด์–เปลือก เพื่อปฏิกิริยาวิวัฒนาการของออกซิเจนที่เสถียรและมีประสิทธิภาพ”). รูปร่างของตัวเร่งปฏิกิริยา fe2n รูปร่างตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีใหม่ (ตัวเร่งปฏิกิริยาสีแดง-อิริเดียม/ไนไตรด์เหล็กสีเขียว) (ภาพ: สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเกาหลี) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แตกต่างจากการศึกษาก่อนหน้านี้ที่มุ่งเน้นไปที่การลดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียมในขณะที่ยังคงรักษาโครงสร้างที่ใช้แพลตตินัมและทองคำจำนวนมากเป็นชั้นป้องกันอิเล็กโทรด นักวิจัยได้เปลี่ยนโลหะมีค่าในชั้นป้องกันอิเล็กโทรดด้วยเหล็กไนไตรด์ที่มีราคาไม่แพงซึ่งมี พื้นที่ผิวขนาดใหญ่และเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียมจำนวนเล็กน้อยไว้ด้านบนอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของอุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิสได้อย่างมาก อุปกรณ์อิเล็กโทรลิซิสน้ำด้วยเมมเบรนโพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์เป็นอุปกรณ์ที่ผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยการย่อยสลายน้ำโดยใช้ไฟฟ้าที่จ่ายโดยพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และมีบทบาทในการจัดหาไฮโดรเจนให้กับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตเหล็กและเคมีภัณฑ์ นอกจากนี้ การแปลงพลังงานเพื่อกักเก็บพลังงานทดแทนเป็นพลังงานไฮโดรเจนยังเป็นประโยชน์อีกด้วย ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของอุปกรณ์นี้จึงมีความสำคัญมากในการทำให้เศรษฐกิจไฮโดรเจนสีเขียวเกิดขึ้นจริง ในอุปกรณ์อิเล็กโทรลิซิสทั่วไป จะมีอิเล็กโทรดสองตัวที่ผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจน และสำหรับอิเล็กโทรดสร้างออกซิเจนซึ่งทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง ทองคำหรือแพลทินัมจะถูกเคลือบบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดที่ 1 มก./ซม.2 เป็นชั้นป้องกันเพื่อให้มั่นใจในความคงทนและประสิทธิภาพการผลิต และ 1-2 มก./ซม2 ของตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียมเคลือบอยู่ด้านบน โลหะมีค่าที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิสเหล่านี้มีปริมาณสำรองและการผลิตต่ำมาก ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่เป็นอุปสรรคต่อการใช้อุปกรณ์การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวอย่างกว้างขวาง แผนผังกระบวนการผลิตอิเล็กโทรด แผนผังกระบวนการผลิตอิเล็กโทรดสำหรับการพัฒนานี้ (ภาพ: สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเกาหลี) เพื่อปรับปรุงเศรษฐศาสตร์ของการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ทีมงานได้เปลี่ยนโลหะหายากทองคำและแพลทินัมที่ใช้เป็นชั้นป้องกันสำหรับอิเล็กโทรดออกซิเจนในอุปกรณ์การผลิตไฮโดรเจนเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ด้วยเหล็กไนไตรด์ (Fe) ที่มีราคาไม่แพง2ญ) ในการดำเนินการดังกล่าว ทีมงานได้พัฒนากระบวนการคอมโพสิตที่เคลือบอิเล็กโทรดด้วยเหล็กออกไซด์เป็นเนื้อเดียวกันก่อน ซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ จากนั้นจึงแปลงเหล็กออกไซด์เป็นเหล็กไนไตรด์เพื่อเพิ่มค่าการนำไฟฟ้า ทีมงานยังได้พัฒนากระบวนการที่เคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียมหนาประมาณ 25 นาโนเมตร (nm) อย่างสม่ำเสมอที่ด้านบนของชั้นป้องกันเหล็กไนไตรด์ ช่วยลดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียมให้น้อยกว่า 0.1 มก./ซม.2ส่งผลให้อิเล็กโทรดมีประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนสูงและมีความทนทาน อิเล็กโทรดที่พัฒนาขึ้นจะแทนที่ทองคำหรือแพลทินัมที่ใช้เป็นชั้นป้องกันสำหรับอิเล็กโทรดสร้างออกซิเจนด้วยไนไตรด์ของโลหะไม่มีค่า ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการทำงานที่คล้ายคลึงกับหน่วยอิเล็กโทรไลซิสเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่ และลดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียมลงเหลือ 10% ของระดับที่มีอยู่ นอกจากนี้ หน่วยอิเล็กโทรลิซิสที่มีส่วนประกอบใหม่ยังทำงานนานกว่า 100 ชั่วโมงเพื่อตรวจสอบความเสถียรเริ่มต้น “การลดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียมและการพัฒนาวัสดุทางเลือกสำหรับชั้นป้องกันแพลตตินัมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้อุปกรณ์การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์อย่างประหยัดและแพร่หลาย และการใช้ไนไตรด์เหล็กราคาไม่แพงแทนแพลตตินัมมีความสำคัญอย่างยิ่ง” กล่าว ดร.ฮยอน เอส. ปาร์ค แห่ง KIST “หลังจากสังเกตประสิทธิภาพและความทนทานของอิเล็กโทรดเพิ่มเติมแล้ว เราจะนำไปใช้กับอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ในอนาคตอันใกล้นี้”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก นาโนเวิร์ค