Wodór, to potencjalne paliwo przyszłości. Wymaga jednak wiele uwagi ze strony naukowców i producentów
Jako najczęściej występujący pierwiastek we Wszechświecie, wodór wcale nie jest łatwo dostępny. Jest świetnym kandydatem na paliwo przyszłości, dzięki swojej charakterystyce i właściwościach, bo w porównaniu do innych paliw posiada najwyższe ciepło spalania i wartość opałową w stosunku do swojej wagi. Jego produkcja, a raczej pozyskiwanie, jest realizowane głównie w energochłonnym procesie elektrolizy (wykorzystywania prądu do oddzielenia cząsteczek wody, czyli tlenu i wodoru od siebie) lub reformingu parowo-metanowego z udziałem gazu ziemnego.
Czytaj też: Jak powstaje materia? Superkomputer przewidział istnienie cząstki sześciokwarkowej
Ten drugi proces jest powszechniejszy, bo jest tańszy, ale pozostaje przy tym mniej ekologiczny. Dlatego tak wiele uwagi poświęca się elektrolizie, która zyska na popularności, jeśli koszt jej realizacji spadnie. To właśnie chcą zmienić wspomniani naukowcy, którymi przewodził Zhenxing Feng, profesor inżynierii chemicznej z OSU College of Engineering. W swoich dążeniach skupili się na rozwoju katalizatora, czyli elementu procesu elektrolizy, który zwiększa szybkość reakcji chemicznej, nie ulegając trwałej zmianie chemicznej.
Produkcja wodoru jest ważna dla wielu aspektów naszego życia, takich jak ogniwa paliwowe do samochodów i produkcja wielu użytecznych chemikaliów, takich jak amoniak. Jest on również wykorzystywany w rafinacji metali, do produkcji materiałów stworzonych przez człowieka, takich jak tworzywa sztuczne i do wielu innych celów.– powiedział Zhenxing Feng.
Naukowcy opracowali nowe sposoby projektowania katalizatorów, które mogą sprawić, że ekologiczny i tani wodór będzie w zasięgu właśnie katalizatorów. Ich prace zostały opisane w publikacjach w Science Advances i JACS Au. Warto wspomnieć, że technologia elektrolizy wody do produkcji czystego wodoru, na której skupia się grupa Fenga, wykorzystuje energię elektryczną ze źródeł odnawialnych do rozszczepiania wody w celu uzyskania czystego wodoru.
Jak “katalizatory nowej generacji” usprawniają proces produkcji wodoru poprzez elektrolizę?
Feng podkreśla, że biorące udział w elektrolizie katalizatory często ulegają zmianom strukturalnym. Czasami są one odwracalne, a jest to kluczowe, bo wedle teorii nieodwracalna restrukturyzacja pogarsza stabilność katalizatora. To z kolei prowadzi do utraty aktywności katalitycznej, która finalnie obniża wydajność elektrolizy, czyli skuteczności produkcji wodoru.
Czytaj też: Dźwięk może zachowywać się jak światło. Odkryto nowe fale dźwiękowe
Znaleźliśmy co najmniej dwie grupy materiałów, które ulegają nieodwracalnym zmianom, które okazały się znacznie lepszymi katalizatorami do produkcji wodoru. To może pomóc nam produkować wodór w cenie 2 dolarów za kilogram, a ostatecznie 1 dolara za kilogram.
W swoich badaniach naukowcy badali restrukturyzację katalizatorów w trakcie reakcji, a następnie manipulowali strukturą ich powierzchni i składem w skali atomowej. Wszystko po to, aby uzyskać wysoce wydajny proces katalityczny do produkcji wodoru. Przy sowich pracach sprawdzali wydajność katalizatora opartego o amorficznym wodorotlenku irydu, który wykazywał wydajność aż 1000 razy lepszą niż powszechnie stosowany katalizator komercyjny, tlenek irydu.
Czytaj też: Galaktyka skazana na śmierć. Pochłania ją kosmiczny Piec
Katalizatory mają decydujące znaczenie dla promowania reakcji rozszczepiania wody poprzez obniżenie nadpotencjału, a tym samym obniżenie całkowitego kosztu produkcji wodoru. Nasze pierwsze badanie w JACS Au położyło dla nas fundamenty, a jak pokazano w naszym artykule w Science Advances, możemy teraz lepiej manipulować atomami na powierzchni, aby zaprojektować katalizatory o pożądanej strukturze i składzie – podsumowuje Feng.
