Nowatorski katalizator wykorzystuje potencjał wody do zrównoważonej produkcji zielonego wodoru

WarsawNaukowcy opracowali nowy katalizator do produkcji zielonego wodoru. Tradycyjne metody wykorzystują metan, rodzaj paliwa kopalnego, co prowadzi do emisji dużej ilości dwutlenku węgla szkodzącego środowisku. Lepszym sposobem jest elektroliza wody, zwłaszcza gdy używa odnawialnej energii. Jednak wymaga to skutecznych katalizatorów do rozkładu wody na wodór i tlen. Zwykle potrzebne są do tego rzadkie pierwiastki, takie jak platyna i iryd.

Technologia membran wymiany protonów (PEM) to obiecująca metoda do przeprowadzania elektrolizy wody, ponieważ może osiągać wysokie tempo oraz efektywność energetyczną. Obecnie jednak systemy PEM polegają na irydzie jako katalizatorze anodowym. Iryd jest rzadki i kosztowny, co utrudnia masową produkcję zielonego wodoru. Niedawno grupa naukowców poczyniła postępy, znajdując alternatywy dla irydu. Stworzyli nowy katalizator, który wykorzystuje właściwości wody, aby zapewnić stabilność i efektywność w produkcji zielonego wodoru, nie polegając na irydzie.

Zespół badawczy składa się z członków ICFO, takich jak Ranit Ram, dr Lu Xia, dr Anku Guha, dr Viktoria Golovanova, dr Marinos Dimitropoulos, Aparna M. Das oraz Adrián Pinilla-Sánchez, a kieruje nim prof. F. Pelayo García de Arquer. Inni członkowie pochodzą z Instytutu Badań Chemicznych Katalonii (ICIQ), Katalońskiego Instytutu Nauki i Technologii (ICN2), Francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS), Diamond Light Source oraz Instytutu Zaawansowanych Materiałów (INAM).

Katalizatory inne niż irydowe mają poważny problem: ulegają degradacji w bardzo kwaśnych warunkach. Natomiast tlenki irydu są stabilne i działają efektywnie, dlatego są powszechnie stosowane. Próbowano używać innych materiałów, jak tlenki manganu i kobaltu, ale zazwyczaj nie wytrzymują one wysokich poziomów prądu wymaganych w zastosowaniach przemysłowych.

Nowa metoda wykorzystuje tlenek kobaltu i wolframu (CoWO4 lub CWO) i obejmuje proces delaminacji. W tym procesie tlenki wolframu (WO4 2-) są zastępowane wodą (H2O) i grupami hydroksylowymi (OH-). Ten zasadowy środowisko wspomaga integrację wody w strukturę katalizatora.

Zobacz również:

Dzisiaj · 17:22

Odkrycie nowych związków na księżycu Charonie Plutona

Naukowcy zastosowali różne metody, takie jak spektroskopię w podczerwieni, Ramana i rentgenowską, aby zbadać nowy materiał podczas jego działania. Ustalili, że obecność wody i grup hydroksylowych była kluczowa dla aktywności i stabilności materiału. Modelowanie przeprowadzone przez dr. Hind Benzidi wykazało, że uwięziona woda przyczynia się do utrzymania stabilności katalizatora w warunkach kwasowych.

Poddany obróbce katalizator CoWO4 został przetestowany w reaktorze PEM. Uzyskał gęstość prądu 1 A/cm² i pozostał stabilny przez ponad 600 godzin, nawet przy wysokiej gęstości prądu.

Nowy katalizator działa znacznie lepiej w porównaniu do starszych, które nie zawierały irydu. Zespół uważa, że dodanie wody i grup hydroksylowych może również poprawić inne materiały. Obecnie badają możliwość użycia manganu i niklu jako alternatyw.

Zespół już złożył wniosek o patent na swój nowy katalizator i planuje produkcję na większą skalę. Prof. García de Arquer wspomniał, że są gotowi przetestować wszystkie pierwiastki, jeśli zajdzie taka potrzeba. Ranit Ram dodał, że rozwój energii odnawialnej przyczynia się do walki ze zmianami klimatu. To nowe osiągnięcie przybliża nas do zrównoważonej produkcji wodoru bez konieczności używania rzadkich materiałów, takich jak iryd.