Ερευνητές κατασκεύασαν νέο υβριδικό καταλύτη για τη διάσπαση του νερού.
Οι ερευνητές από το πανεπιστήμιο του Χιούστον και του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Καλιφόρνιας δημιούργησαν έναν μη δαπανηρό υβριδικό καταλύτη ικανό να διασπάσει το νερό για να παράγει υδρογόνο, κατάλληλο για Εμπορική χρήση σε μεγάλη κλίμακα.
Τα περισσότερα συστήματα για τη διάσπαση των συστατικών που έχει το νερό – υδρογόνο και οξυγόνο – απαιτούν δύο καταλύτες, ένα για να προκαλέσει μια αντίδραση για το διαχωρισμό του υδρογόνου και ένα δεύτερο για την παραγωγή οξυγόνου. Ο νέος καταλύτης, είναι φτιαγμένος από σίδηρο και φωσφίδιο του νικελίου από εμπορικά διαθέσιμο νικέλιο, μάλιστα έχει την ικανότητα εκτελεί και τις δύο λειτουργίες με απόλυτη ομαλότητα και επιτυχία.
Οι ερευνητές δήλωσαν ότι έχει τη δυνατότητα να μειώσει δραματικά την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την παραγωγή υδρογόνου. Οι χαμηλές απαιτήσεις ενέργειας σημαίνει ότι το υδρογόνο θα μπορούσε να παραχθεί με χαμηλότερο κόστος.
«Η νέα μας ανακάλυψη μας φέρνει πιο κοντά στην εμπορευματοποίηση αυτού του στοιχείο», δήλωσε ο Zhifeng Ren. M.D. Anderson Καθηγητής φυσικής στο UH και επικεφαλής της συγκεκριμένης μελέτης που περιγράφει το νέο καταλύτη που δημοσιεύθηκε σήμερα στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications.
Το υδρογόνο θεωρείται επιθυμητή πηγή καθαρής ενέργειας, με τη μορφή κυψελών καυσίμου για τους ηλεκτρικούς κινητήρες ή τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, επίσης συνοδεύεται από μια σειρά βιομηχανικών χρήσεων. Επειδή μπορεί να συμπιεστεί ή να μετατραπεί σε υγρό, αποθηκεύεται ευκολότερα από άλλες μορφές ενέργειας, δήλωσε ο Ren, ο οποίος επίσης είναι ερευνητής στο Texas Center for Superconductivity at UH.
Ωστόσο, η εξεύρεση ενός πρακτικού, φθηνού και φιλικού προς το περιβάλλον τρόπου για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων αερίου υδρογόνου – ειδικά με τη διάσπαση του νερού στα συστατικά του μέρη – αποτέλεσε για χρόνια μια τεράστια πρόκληση στον επιστημονικό κόσμο.
Το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου που παράγεται σήμερα διεξάγεται μέσω της αναμόρφωση του μεθανίου με ατμό και αεριοποίησης του άνθρακα, ωστόσο θεωρούνται δύο αμφιλεγόμενες μέθοδοι, επειδή έχουν την ιδιότητα αυξάνουν το αποτύπωμα του άνθρακα του καυσίμου παρά το γεγονός ότι θεωρείται μία καθαρή πηγή ενέργειας.
Και ενώ οι παραδοσιακοί καταλύτες μπορούν να παράγουν υδρογόνο από το νερό, ο συν-συγγραφέας της μελέτης ο Shuo Chen, επίκουρος καθηγητής φυσικής στο UH, δήλωσε ότι στηρίζονται γενικά σε ακριβά στοιχεία της ομάδας πλατίνας. Αυτό αυξάνει το κόστος, καθιστώντας τη διάσπαση νερού μεγάλης κλίμακας πανάκριβη και ανέφικτη.
«Αντίθετα, τα υλικά μας βασίζονται σε άφθονα στοιχεία που βρίσκονται εύκολα στη γη και σε χαμηλό κόστος και παρουσιάζουν συγκρίσιμες επιδόσεις με εκείνα των υλικών της ομάδας πλατίνας», ανέφερε ο Shuo Chen. «Μπορεί να λειτουργήσει ανεμπόδιστα με χαμηλό κόστος, γεγονός που το καθιστά πολύ ελκυστικό και ελπιδοφόρο για την εμπορευματοποίηση του διαχωρισμού του νερού».
Οι ερευνητές δήλωσαν ότι ο καταλύτης παρέμεινε σταθερός και αποτελεσματικός σε περισσότερες από 40 ώρες δοκιμών.
Ο Shuo Chen πρόσθεσε: Ο νέος καταλύτης αποδεικνύεται ένας εξαιρετικός διαλειτουργικός καταλύτης για τον συνολικό διαχωρισμό του νερού, παρουσιάζοντας τόσο εξαιρετικά υψηλή OER (oxygen evolution reaction) όσο και δραστηριότητες HER (hydrogen evolution reaction) στον ίδιο αλκαλικό ηλεκτρολύτη. Ο συγκεκριμένος καταλύτης για να λειτουργήσει χρειάζεται 1,42 V για να δώσει 10 mA cm-2, ενώ στην εμπορικά πρακτική πυκνότητα ρεύματος χρειάζεται 500 mA cm-2.
Οι προηγούμενοι καταλύτες έχουν χρησιμοποιήσει διαφορετικά υλικά για να προκαλέσουν μια αντίδραση για την παραγωγή του υδρογόνου από αυτά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του οξυγόνου. Η Ren είπε ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων του φωσφορούχου σιδήρου και των σωματιδίων φωσφιδίου του νικελίου ενίσχυσε και τις δύο αντιδράσεις. Αφού η κοινή προσπάθεια των δύο υλικών είναι καλύτερη από κάθε μεμονωμένο υλικό.
