Uusi katalyytti kestävälle vedylle

Tiedemiehet etsivät jatkuvasti edullisempia menetelmiä puhtaan vedyn tuottamiseksi vedestä fossiilisten polttoaineiden korvaamiseksi osana ilmastonmuutoksen torjuntaa.

Argonnen kansallisen laboratorion johtama monitoimiryhmä on kehittänyt edullisen katalyytin prosessille, joka tuottaa puhdasta vetyä vedestä.

"Prosessi, jota kutsutaan elektrolyysiksi, tuottaa vetyä ja happea vedestä ja se on ollut olemassa jo yli vuosisadan", sanoi Di-Jia Liu, Argonnen vanhempi kemisti.

Protoninvaihtokalvo (PEM) -elektrolysaattorit edustavat uuden sukupolven teknologiaa tälle prosessille. Ne voivat jakaa veden vedyksi ja hapeksi tehokkaammin lähellä huoneenlämpötilaa. Vähentynyt energian tarve tekee niistä ihanteellisen valinnan puhtaan vedyn tuottamiseen käyttämällä uusiutuvia mutta ajoittaisia lähteitä, kuten aurinkoa ja tuulta.

Tällainen elektrolysaattori toimii eri katalyyteillä eri elektrodille. Katodikatalyytti tuottaa vetyä, kun taas anodikatalyytti muodostaa happea. Ongelmana on, että anodikatalysaattorissa käytetään iridiumia, jonka nykyinen markkinahinta on noin 5 000 dollaria unssilta.

Uuden katalyytin pääainesosa on koboltti, joka on huomattavasti halvempaa kuin iridium." Yritimme kehittää edullisen anodikatalysaattorin PEM- elektrolysaattoriin, joka tuottaa vetyä suurella teholla kuluttaen samalla vähän energiaa", Liu sanoi." Käyttämällä menetelmällämme valmistettua kobolttipohjaista katalyyttiä voitaisiin poistaa pääasiallinen pullonkaula puhtaan vedyn tuottamisesta elektrolysaattorissa."

Tärkeää katalyytin suorituskyvyn edistämiseksi on ymmärtää reaktiomekanismi atomimittakaavassa elektrolysaattorin toimintaolosuhteissa. Ryhmä selvitti kriittisiä rakenteellisia muutoksia, jotka tapahtuvat katalyytissä käyttöolosuhteissa käyttämällä Argonnen huippuluokan röntgenanalyysilaitteita (APS).

He myös tunnistivat tärkeimmät katalyytin ominaisuudet käyttämällä elektronimikroskopiaa Sandia Labsissa ja Argonnen nanomittakaavan materiaalien keskuksessa (CNM)

" Kuvasimme atomirakenteen uuden katalyytin pinnalla valmistelun eri vaiheissa", sanoi Jianguo Wen, Argonnen materiaalitutkija.

Lisäksi Berkeley Labin laskennallinen mallinnus paljasti tärkeitä oivalluksia katalyytin kestävyydestä reaktio-olosuhteissa.

Tiimin saavutus on askel eteenpäin Yhdysvaltain energiaministeriön Hydrogen Energy Earthshot -aloitteessa, joka jäljittelee Yhdysvaltain "Moon Shot" avaruusohjelmaa 1960-luvulta. Sen kunnianhimoinen tavoite on alentaa vihreän vedyn tuotannon kustannukset yhteen dollariin kilolta vuosikymmenessä.

"Yleisemmin tulokset osoittavat lupaavan tien eteenpäin kalliista jalometalleista valmistettujen katalyyttien korvaamisessa alkuaineilla, jotka ovat paljon halvempia ja runsaampia", Liu huomauttaa, tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon