การแยกเชื้อเพลิงสะอาดออกจากน้ำ

30 พฤษภาคม 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) แหล่งพลังงานสะอาดจำนวนมากกำลังซุ่มซ่อนอยู่ในสายตาธรรมดา เป็นไฮโดรเจนที่เราสกัดได้จากน้ำ (H2O) การใช้พลังงานหมุนเวียน นักวิทยาศาสตร์กำลังแสวงหาวิธีการต้นทุนต่ำในการผลิตไฮโดรเจนสะอาดจากน้ำเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจเพื่อต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ไฮโดรเจนสามารถให้พลังงานกับยานพาหนะได้โดยไม่ปล่อยอะไรเลยนอกจากน้ำ ไฮโดรเจนยังเป็นสารเคมีที่สำคัญสำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตเหล็กและการผลิตแอมโมเนีย การใช้ไฮโดรเจนที่สะอาดขึ้นเป็นที่ต้องการอย่างมากในอุตสาหกรรมเหล่านั้น ทีมงานหลายสถาบันที่นำโดย Argonne National Laboratory ได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาต้นทุนต่ำสำหรับกระบวนการที่ให้ไฮโดรเจนที่สะอาดจากน้ำ ผู้มีส่วนร่วมอื่น ๆ ได้แก่ Sandia National Laboratories ของ DOE และ Lawrence Berkeley National Laboratory รวมถึง Giner Inc. งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์ ("La- and Mn-doped cobalt spinel oxygen evolution catalyst for proton exchange membrane electrolysis"). ฟองอากาศออกซิเจนเกิดจากอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่เชื่อมต่อกันเป็นเส้นๆ (ขวา) ระหว่างการทำปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้ากับน้ำ โครงสร้างแลตทิซสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้โคบอลต์ทางด้านซ้าย Di-Jia Liu นักเคมีอาวุโสของ Argonne กล่าว นอกจากนี้เขายังได้รับการแต่งตั้งร่วมกันใน Pritzker School of Molecular Engineering ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก อิเล็กโทรไลต์เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEM) เป็นตัวแทนของเทคโนโลยียุคใหม่สำหรับกระบวนการนี้ พวกเขาสามารถแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนด้วยประสิทธิภาพที่สูงกว่าที่อุณหภูมิห้องใกล้เคียง ความต้องการพลังงานที่ลดลงทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการผลิตไฮโดรเจนที่สะอาดโดยใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนแต่หมุนเวียน เช่น แสงอาทิตย์และลม อิเล็กโทรไลเซอร์นี้ทำงานโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาแยกกันสำหรับอิเล็กโทรดแต่ละตัว (แคโทดและแอโนด) ตัวเร่งปฏิกิริยาแคโทดให้ไฮโดรเจนในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาแอโนดสร้างออกซิเจน ปัญหาคือตัวเร่งปฏิกิริยาแอโนดใช้อิริเดียมซึ่งมีราคาตลาดปัจจุบันประมาณ 5,000 ดอลลาร์ต่อออนซ์ การขาดอุปทานและต้นทุนที่สูงของอิริเดียมเป็นอุปสรรคสำคัญสำหรับการใช้อิเล็กโทรไลต์ PEM อย่างแพร่หลาย ส่วนประกอบหลักในตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่คือโคบอลต์ซึ่งมีราคาถูกกว่าอิริเดียมอย่างมาก “เราพยายามพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแอโนดต้นทุนต่ำในเครื่องอิเล็กโทรไลต์ PEM ที่สร้างไฮโดรเจนในปริมาณงานสูงในขณะที่ใช้พลังงานน้อยที่สุด” Liu กล่าว “ด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโคบอลต์ซึ่งเตรียมโดยวิธีการของเรา เราสามารถขจัดปัญหาคอขวดหลักของต้นทุนในการผลิตไฮโดรเจนที่สะอาดในเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ได้” Giner Inc. ซึ่งเป็นบริษัทวิจัยและพัฒนาชั้นนำที่ทำงานด้านการค้าอิเล็กโทรไลต์และเซลล์เชื้อเพลิง ได้ทำการประเมินตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่โดยใช้สถานีทดสอบอิเล็กโทรไลเซอร์ PEM ภายใต้สภาวะการทำงานทางอุตสาหกรรม ประสิทธิภาพและความทนทานนั้นเหนือกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาของคู่แข่งอย่างมาก สิ่งสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาคือการทำความเข้าใจกลไกการเกิดปฏิกิริยาในระดับอะตอมภายใต้สภาวะการทำงานของอิเล็กโทรไลเซอร์ ทีมถอดรหัสการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญที่เกิดขึ้นในตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้สภาวะการทำงานโดยใช้การวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ที่ Advanced Photon Source (APS) ที่ Argonne พวกเขายังระบุคุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ Sandia Labs และที่ศูนย์วัสดุระดับนาโนของ Argonne (CNM) APS และ CNM เป็นทั้งสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับผู้ใช้สำนักงานวิทยาศาสตร์ของ DOE Jianguo Wen นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุของ Argonne กล่าวว่า "เราถ่ายภาพโครงสร้างอะตอมบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ในขั้นตอนต่างๆ ของการเตรียมการ" นอกจากนี้ การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ที่ Berkeley Lab ยังเปิดเผยข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับความทนทานของตัวเร่งปฏิกิริยาภายใต้สภาวะการเกิดปฏิกิริยา ความสำเร็จของทีมถือเป็นความก้าวหน้าอีกขั้นในโครงการริเริ่ม Hydrogen Energy Earthshot ของ DOE ซึ่งเลียนแบบสหรัฐอเมริกา “มูนช็อต” ของโครงการอวกาศในปี 1960 เป้าหมายอันทะเยอทะยานของบริษัทคือการลดต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวให้เหลือ XNUMX ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมใน XNUMX ทศวรรษ การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวด้วยต้นทุนดังกล่าวสามารถเปลี่ยนแปลงเศรษฐกิจของประเทศได้ การใช้งานรวมถึงกริดไฟฟ้า การผลิต การขนส่ง และการทำความร้อนในที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตไอสตรีม. ข้อมูลอัจฉริยะ Web3 ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ซื้อและขายหุ้นในบริษัท PRE-IPO ด้วย PREIPO® เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63079.php