Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μπορούν να μειώσουν τις επιβλαβείς εκπομπές, να μειώσουν την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και να βελτιώσουν την απόδοση. Ωστόσο, πολλές τεχνολογίες καθαρής ενέργειας παραμένουν ακριβές επειδή βασίζονται σε ακριβά υλικά όπως τα μέταλλα της ομάδας πλατίνας (PGM) και απαιτούν αποτελεσματικούς τρόπους αποθήκευσης ενέργειας για μελλοντική χρήση.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις εργάζονται σε μια πιθανή λύση. Μια ομάδα με επικεφαλής τον Gang Wu, καθηγητή ενέργειας, περιβάλλοντος και χημικής μηχανικής στη Σχολή Μηχανικών McKelvey, ανέπτυξε έναν νέο καταλύτη σχεδιασμένο για έναν ηλεκτρολύτη νερού με μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων (AEMWE). Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές για να χωρίσει το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο, δημιουργώντας καθαρό καύσιμο υδρογόνου στη διαδικασία.
Νέοι καταλύτες υδρογόνου χωρίς πλατίνα
Η ομάδα του Wu επικεντρώνεται στην αντικατάσταση των ακριβών υλικών με βάση την πλατίνα που χρησιμοποιούνται συνήθως στα συστήματα παραγωγής υδρογόνου. Η προσέγγισή τους χρησιμοποιεί ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από το φως του ήλιου, τον άνεμο ή το νερό για να διαχωρίσει το υδρογόνο από τα μόρια του νερού.
«Η μετάβαση από το νερό στο υδρογόνο είναι ένας πολύ επιθυμητός τρόπος για να μπορέσουμε να αποθηκεύσουμε ενέργεια για διάφορες εφαρμογές», είπε ο Wu. «Το ίδιο το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορέας ενέργειας και είναι χρήσιμο για διάφορες χημικές βιομηχανίες και μεταποίηση».
Για την κατασκευή του καταλύτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φωσφίδιο ρήνιο (Re2P) και φωσφίδιο του μολυβδαινίου (MoP). Μαζί, τα δύο υλικά δημιούργησαν μια εξαιρετικά αποτελεσματική ένωση που βελτίωσε τη διαδικασία εξαγωγής υδρογόνου. Το στοιχείο ρήνιο βοήθησε στη σύνδεση και την απελευθέρωση υδρογόνου από την επιφάνεια του καταλύτη, ενώ το μολυβδαίνιο επιτάχυνε τη διάσπαση του νερού στον αλκαλικό ηλεκτρολύτη.
Βιώσιμη απόδοση για καθαρή ενέργεια
Η ομάδα συνδύασε τον νέο καταλύτη με μια άνοδο σιδήρου νικελίου και διαπίστωσε ότι το σύστημα είχε καλύτερη απόδοση από μια καθόδου τελευταίας τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένης μιας βασισμένης σε υλικά PGM. Σύμφωνα με τον Wu, ο καταλύτης λειτουργεί για περισσότερες από 1.000 ώρες σε πυκνότητες ρεύματος σε βιομηχανικό επίπεδο μεταξύ 1 και 2 αμπέρ ανά τετραγωνικό εκατοστό. Αυτό το καθιστά μία από τις πιο ανθεκτικές καθόδους χωρίς πλατίνα που έχουν αναπτυχθεί ποτέ για ηλεκτρολύτες νερού με μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντων.
«Τα ευρήματά μας μας επέτρεψαν να εκλογικεύσουμε τον σημαντικό ρόλο της μηχανικής του δικτύου δεσμών υδρογόνου στη διεπαφή καταλύτη/ηλεκτρολύτη στο σχεδιασμό AEMWE υψηλής απόδοσης και χαμηλού κόστους», δήλωσε ο Wu. “Ο καταλύτης μας έδειξε τη χαμηλότερη αντίσταση σε όλο το εύρος δυναμικού που μελετήθηκε, υποδηλώνοντας την ταχύτερη κινητική προσρόφησης υδρογόνου μεταξύ των μελετηθέντων καταλυτών. Αυτές οι πρόσφατα επιτευχθείσες μετρήσεις απόδοσης και σταθερότητας καθιστούν τον καταλύτη μας ένα από τα πιο πολλά υποσχόμενα συγκροτήματα ηλεκτροδίων μεμβράνης για πρακτικά συγκροτήματα ηλεκτροδίων μεμβράνης.”
Δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου μεγάλης κλίμακας
Αν και οι δοκιμές έγιναν σε εργαστηριακή κλίμακα, οι ερευνητές σχεδιάζουν να συνεχίσουν την έρευνα για το εάν η τεχνολογία μπορεί να επεκταθεί για βιομηχανική χρήση.
Η δουλειά έγινε στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις από τον Γ. υποστηρίχτηκε οικονομικά από το ταμείο εκκίνησης της Wu.
