Wodór jest jednym z najczęściej wskazywanych źródeł energii, które mogą nas doprowadzić do gospodarki zeroemisyjnej. Ale w przyrodzie występuje wyłącznie w postaci związków chemicznych, więc musi zostać oddzielony od materiałów źródłowych (gaz ziemny, ropa naftowa, biomasa) przy użyciu energii. Niestety, często jest to proces skomplikowany i kosztowny, choć chemicy z całego świata staraj się go usprawnić.
Czytaj też: Paliwo przyszłości z kolejnym wielkim odkryciem. Magnesy są kluczem do ekologicznego wodoru
Uczeni z University of Nottingham’s School of Chemistry and Faculty of Engineering odkryli, że wióry stalowe – produkt uboczny przemysłu obróbki metali – mają na powierzchni nanorowki, które mogą zakotwiczać atomy platyny lub kobaltu. To z kolei prowadzi do powstania wydajnego elektrokatalizatora, który może rozszczepiać wodę na wodór i tlen. Szczegóły opisano w czasopiśmie Journal of Material Chemistry A.
Śmieci metalowe zamienione w chemiczne “złoto”
Wodór w stanie wolnym występuje w niewielkich ilościach w górnych warstwach atmosfery oraz w gazach wulkanicznych, ale w postaci związanej wchodzi w skład wielu związków organicznych i nieorganicznych (woda, białka, cukry). Wodór uważa się za idealne i czyste paliwo, które można wykorzystać do wytwarzania ciepła lub napędzania pojazdów, a jedynym produktem ubocznym jego spalania jest para wodna. Niestety, większość metod produkcji wodoru opiera się na surowcach z paliw kopalnych.
Czytaj też: To największe na świecie promy napędzane wodorem. Powstaną tuż pod naszym nosem
Jedną z najbardziej obiecujących ekologicznych ścieżek produkcji wodoru jest elektroliza wody, która wymaga jedynie obecności wody i energii elektrycznej. Proces ten wymaga jednak rzadkich i drogich pierwiastków (np. platyny) do katalizowania rozkładu wody. W obliczu ograniczonej globalnej podaży i rosnących cen metali szlachetnych, istnieje pilna potrzeba na alternatywne elektrokatalizatory do produkcji wodoru z wody.
Sam przemysł w Wielkiej Brytanii generuje rocznie miliony ton odpadów metalowych. Za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego mogliśmy sprawdzić pozornie gładkie powierzchnie wiórów ze stali nierdzewnej, tytanu lub stopu niklu. Ku naszemu zdziwieniu odkryliśmy, że powierzchnie miały rowki i grzbiety o szerokości zaledwie kilkudziesięciu nanometrów. Zdaliśmy sobie sprawę, że ta nanoteksturowana powierzchnia może stanowić wyjątkową okazję do wytwarzania elektrokatalizatorów. Dr Jesum Alves Fernandes, University of Nottingham’s School of Chemistry and Faculty of Engineering
Naukowcom udało się wytworzyć “deszcz” atomów platyny na powierzchni wiórów metalowych dzięki rozpylaniu magnetronowemu. Tak uzyskane atomy platyny łączą się następnie w nanocząstki, które wchodzą w nanorowki i stają się idealnym katalizatorem elektrolizy wody.
Warto zauważyć, że w ten sposób można wyprodukować wodór z wody przy użyciu zaledwie 1/10 ilości platyny w porównaniu z najnowocześniejszymi katalizatorami komercyjnymi. Stworzenie elektrolizera na skalę laboratoryjną wymagało rozprowadzenia zaledwie 27 µg metalu szlachetnego na 1 cm3 wiórów. Naukowcy współpracują z firmą AqSorption Ltd w celu komercjalizacji opracowanej technologii.
Nasza unikalna technologia opracowana w Nottingham, która polega na wzroście cząstek platyny atom po atomie na powierzchniach nanoteksturowych, rozwiązała dwa duże wyzwania. Po pierwsze, pozwala na produkcję zielonego wodoru przy użyciu jak najmniejszej ilości metalu szlachetnego, a po drugie, umożliwia upcykling odpadów metalowych z przemysłu lotniczego i kosmicznego w jednym procesie. Prof. Andrei Khlobystov, University of Nottingham’s School of Chemistry and Faculty of Engineering
