Catalizator eficient și ieftin pentru producția de hidrogen gazos
Cu mai bine de 100 de ani în urmă, oamenii de știință au descoperit cum să transforme apa în hidrogen gazos – o energie verde foarte dorită care a fost supranumită „combustibilul viitorului”, notează Azocleantech.
În ciuda acestei descoperiri, hidrogenul nu a rămas o sursă dominantă de combustibil. Descompunerea apei în hidrogen poate fi ineficientă și costisitoare, iar procesul de transformare, numit electroliză, rămâne neperfecţionat.
Acum, inginerii de la Universitatea din Texas din El Paso au propus un material ieftin, pe bază de nichel, pentru a ajuta la împărțirea apei mai ieftin și mai eficient. Inspirația lor? O suculentă din deșert, cunoscută sub numele de cactus de pere. Materialul este descris într-o nouă lucrare în revista ACS Applied Materials & Interfaces.
„Acesta este un design inspirat de natură în laborator”, a spus profesorul de inginerie mecanică UTEP Ramana Chintalapalle, Ph.D., care a condus studiul. „Aveți această plantă cu o suprafață extinsă care poate absorbi umezeala și poate supraviețui în medii extreme. Ne-am gândit: „Cum putem include acest lucru în cercetarea noastră?””.
Problema hidrogenului
Electroliza este procesul de împărțire a apei cu electricitate și un electrocatalizator – un material care accelerează orice reacție chimică. Tehnicile actuale de împărțire a apei se bazează în mare măsură pe platină ca catalizator, care are dezavantajele sale.
„Platina este materialul dominant folosit pentru a ajuta la împărțirea apei, dar este foarte scump – mai scump decât aurul – și pur și simplu nu este fezabil să-l folosești pe scară largă din cauza prețului său”, a explicat Chintalapalle. „Avem nevoie de un catalizator care să fie mai viabil din punct de vedere economic, astfel încât fiecare țară să poată adopta în mod rezonabil hidrogenul.”
Navid Attarzadeh a observat pentru prima dată cactusul de pere înțepătoare în timp ce mergea spre laboratorul Centrului de Cercetare a Materialelor Avansate al UTEP. Echipa a explorat nichelul ca înlocuitor catalitic al platinei, un metal care este abundent pe Pământ și de 1.000 de ori mai ieftin decât platina.
Cu toate acestea, nichelul nu este la fel de rapid și eficient în descompunerea apei în hidrogen.
„În fiecare zi, treceam pe lângă aceeași fabrică”, a spus Attarzadeh, doctorand în știința și ingineria mediului. „Și am început să-l conectez la problema noastră cu catalizatorul. Ceea ce mi-a atras atenția a fost cât de mari erau frunzele și fructele în comparație cu alte plante din deșert; strugul are o suprafață extraordinară.”
Atunci a avut o idee Attarzadeh-ului. Ce se întâmplă dacă ar proiecta un catalizator 3D pe bază de nichel, în formă de cactus de pere neagră? Suprafața mai mare ar putea găzdui mai multe reacții electrochimice – creând mai mult hidrogen decât poate de obicei nichelul.
Echipa a proiectat rapid structura la scară nanometrică – invizibilă pentru ochiul uman – și a pus-o la încercare.
„Am testat capacitatea catalizatorului de a împărți apa în mod repetat și am avut rezultate bune”, a spus Chintalapalle.
El a adăugat că aceasta este o descoperire fundamentală și că procesul necesită o rafinare suplimentară, dar este un pas în direcția corectă.
„Hidrogenul gazos poate transforma tehnologia energetică pentru țara noastră – fără a genera emisii de gaze cu efect de seră”, a spus Chintalapalle. „Amprenta noastră de carbon ar putea fi eliminată; trebuie să continuăm să urmărim asta.”
Proiectul de cercetare a fost susținut de un grant de la Fundația Națională pentru Știință.
