Λόγω περιβαλλοντικών προβλημάτων που προκαλούνται από τη χρήση ορυκτών καυσίμων, πολλοί επιστήμονες παγκοσμίως επικεντρώνονται στην εξεύρεση αποτελεσματικών εναλλακτικών λύσεων. Παρόλο που οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου θεωρούνται ένας ελπιδοφόρος τομέας, η πραγματικότητα είναι ότι η μεταφορά, αποθήκευση και χρήση καθαρού υδρογόνου έχει τεράστιο κόστος, καθιστώντας αυτή τη διαδικασία δύσκολη με την τρέχουσα τεχνολογία. Αντίθετα, η μεθανόλη (CH3O3), ένας τύπος αλκοόλ, που δεν απαιτεί κάποια περίπλοκη αποθήκευση, έχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και είναι ευκολότερη και ασφαλέστερη στη μεταφορά. Έτσι, η μετάβαση σε μια οικονομία με βάση τη μεθανόλη είναι ένας πιο ρεαλιστικός στόχος.
Ωστόσο, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από μεθανόλη σε θερμοκρασία δωματίου απαιτεί μια κυψέλη καυσίμου μεθανόλης DMFC, η οποία είναι μια συσκευή που προσφέρει επί του παρόντος υψηλότερη απόδοση. Ένα από τα κύρια προβλήματα στα DMFCs είναι η ανεπιθύμητη αντίδραση οξείδωσης μεθανόλης, η οποία συμβαίνει κατά τη διάρκεια της διασταύρωσης μεθανόλης, δηλαδή όταν περνά από την άνοδο στην κάθοδο. Αυτή η αντίδραση έχει ως αποτέλεσμα την αποικοδόμηση του καταλύτη λευκοχρύσου (Pt) που είναι απαραίτητος για τη λειτουργία του κυττάρου. Αν και έχουν προταθεί ορισμένες στρατηγικές για τον μετριασμό αυτού του προβλήματος, μέχρι στιγμής, καμία δεν ήταν αρκετά καλή λόγω ζητημάτων κόστους ή σταθερότητας.
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο ACS Applied Materials & Interfaces, μια ομάδα επιστημόνων από την Νότια Κορέα έχουν αναφέρει μια δημιουργική και αποτελεσματική λύση. Κατασκεύασαν – μέσω μιας σχετικά απλής διαδικασίας – έναν καταλύτη από νανοσωματίδια λευκόχρυσου εγκλεισμένα σε ένα κέλυφος άνθρακα. Αυτό το κέλυφος σχηματίζει ένα σχεδόν αδιαπέραστο δίκτυο άνθρακα με μικρά ανοίγματα που προκαλούνται από τη συμπεριφορά του αζώτου. Ενώ το οξυγόνο, ένα από τα κύρια αντιδραστήρια στα DMFC, μπορεί να φτάσει στον καταλύτη Pt μέσω αυτών των “οπών”, από την άλλη μεριά τα μόρια μεθανόλης είναι πολύ μεγάλα για να περάσουν από αυτές τις οπές, και κάπως έτσι μπορεί να γίνει διαχωρισμός. «Το κέλυφος άνθρακα δρα ως μοριακό κόσκινο και παρέχει επιλεκτικότητα στα επιθυμητά αντιδραστήρια, τα οποία μπορούν πραγματικά να φτάσουν στις καταλυτικές θέσεις. Αυτό αποτρέπει την ανεπιθύμητη αντίδραση των πυρήνων Pt», εξηγεί ο καθηγητής Oh Joong Kwon από το Εθνικό Πανεπιστήμιο του Incheon, στην Νότια Κορέα.
Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν πειράματα για να χαρακτηρίσουν τη συνολική δομή και σύνθεση του παρασκευασμένου καταλύτη και απέδειξαν ότι το οξυγόνο θα μπορούσε να το κάνει μέσω του κελύφους άνθρακα, ενώ η μεθανόλη δεν θα μπορούσε. Βρήκαν επίσης έναν απλό τρόπο ρύθμισης του αριθμού των ελαττωμάτων στο κέλυφος αλλάζοντας απλώς τη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια μιας θερμικής επεξεργασίας. Σε επακόλουθες πειραματικές συγκρίσεις, ο νέος τους καταλύτης με κέλυφος ξεπέρασε τους εμπορικούς καταλύτες Pt και προσέφερε επίσης πολύ μεγαλύτερη σταθερότητα.
Ο καθηγητής Kwon εργάζεται για τη βελτίωση των καταλυτών κυψελών καυσίμου τα τελευταία 10 χρόνια, με κίνητρο τους πολλούς τρόπους με τους οποίους αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να βρει το δρόμο της στην καθημερινή μας ζωή. «Τα DMFC έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και επομένως θα μπορούσαν να γίνουν εναλλακτικές πηγές ενέργειας για φορητές συσκευές, όπως φορητοί υπολογιστές και smartphone», υπογραμμίζει ο καθηγητής Oh Joong Kwon.
Ενώ ο πλανήτης μας αντιμετωπίζει εξαιρετικές δυσκολίες εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής και της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, η μετάβαση σε εναλλακτικά καύσιμα πρέπει να είναι ένας από τους κορυφαίους στόχους της ανθρωπότητας και αυτή η μελέτη είναι ένα αξιοσημείωτο βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση.
