انقلاب در تولید هیدروژن پاک؛ دانشمندان راهی ارزان برای شکستن مولکول آب پیدا کردند

پژوهشگران روشی تازه و کم‌هزینه برای تولید هیدروژن از آب توسعه داده‌اند که می‌تواند مسیر استفاده گسترده از انرژی‌های تجدیدپذیر را هموارتر کند. این دستاورد با طراحی یک کاتالیزور جدید انجام شده که بدون نیاز به فلزات گران‌قیمت پلاتینی هیدروژن را با بازده بالا تولید می‌کند.

به گزارش ساینس دیلی، تولید هیدروژن سال‌هاست به‌عنوان یکی از امیدبخش‌ترین راهکار‌های انرژی پاک شناخته می‌شود، زیرا این عنصر می‌تواند انرژی حاصل از منابع تجدیدپذیر مانند خورشید و باد را ذخیره کند و هنگام استفاده نیز هیچ‌گونه انتشار کربنی نداشته باشد. با این حال یکی از بزرگ‌ترین موانع توسعه اقتصاد هیدروژنی، هزینه بالای تولید آن بوده است؛ چرا که الکترولایزر‌های کارآمد امروزی معمولا به فلزات کمیاب و بسیار گران‌قیمت گروه پلاتین وابسته‌اند.

اکنون تیمی از پژوهشگران به سرپرستی گانگ وو، استاد مهندسی انرژی، محیط‌زیست و شیمی در دانشکده مهندسی مک‌کلوی دانشگاه واشنگتن در سنت‌لوئیس موفق شده‌اند کاتالیزوری جدید طراحی کنند که می‌تواند این وابستگی را کاهش دهد و تولید هیدروژن پاک را ارزان‌تر و عملی‌تر کند.

این گروه پژوهشی یک کاتالیزور هتروساختار برای الکترولایزر غشای تبادل آنیونی آب (AEMWE) ساخته‌اند؛ سامانه‌ای که با استفاده از برق تولیدشده از منابع تجدیدپذیر، مولکول‌های آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌کند. در این فناوری پژوهشگران دو ماده فسفیدی شامل فسفید رنیوم (Re۲P) و فسفید مولیبدن (MoP) را با یکدیگر ترکیب کردند تا کاتالیزوری بسازند که بدون استفاده از پلاتین، هیدروژن را با کارایی بالا تولید کند.

به گفته محققان هر یک از این مواد نقش متفاوت، اما مکملی در فرآیند تولید هیدروژن دارند. رنیوم به جذب و آزادسازی هیدروژن کمک می‌کند در حالی که مولیبدن سرعت شکستن مولکول‌های آب را افزایش می‌دهد و پروتون‌های لازم را در محیط قلیایی فراهم می‌کند. این همکاری میان دو ماده باعث شده عملکرد کاتالیزور به شکل محسوسی بهبود یابد.

گانگ وو توضیح داد که هدف اصلی تیم او یافتن جایگزین‌هایی برای کاتالیزور‌های وابسته به فلزات گران‌قیمت گروه پلاتین بوده است. او گفت: تبدیل آب به هیدروژن یکی از مطلوب‌ترین روش‌ها برای ذخیره انرژی در کاربرد‌های مختلف است. هیدروژن می‌تواند به‌عنوان حامل انرژی مورد استفاده قرار گیرد و در صنایع شیمیایی و فرایند‌های تولیدی نیز کاربرد فراوانی دارد.

در آزمایش‌ها این کاتالیزور جدید در کنار یک آند نیکل-آهن قرار گرفت و عملکرد آن نه‌تنها از بسیاری از کاتالیزور‌های رایج بهتر بود بلکه حتی از نمونه‌های مرجع مبتنی بر فلزات گروه پلاتین نیز پیشی گرفت. پژوهشگران اعلام کردند این سامانه توانسته در چگالی جریان صنعتی ۱ و ۲ آمپر بر سانتی‌متر مربع بیش از هزار ساعت بدون افت محسوس عملکرد کار کند؛ موضوعی که آن را به یکی از بادوام‌ترین کاتالیزور‌های بدون پلاتین برای الکترولایزر‌های غشای تبادل آنیونی تبدیل می‌کند. 

وو در توضیح اهمیت این یافته‌ها گفت: نتایج ما نشان داد مهندسی شبکه پیوند هیدروژنی در مرز میان کاتالیزور و الکترولیت، نقشی کلیدی در طراحی الکترولایزر‌های کم‌هزینه و پربازده دارد. کاتالیزور ما کمترین مقاومت را در بازه ولتاژی مورد بررسی نشان داد که به معنی سریع‌ترین سینتیک جذب هیدروژن در میان کاتالیزور‌های آزمایش‌شده است.

او افزود که عملکرد و دوام به‌دست‌آمده این سامانه را به یکی از امیدوارکننده‌ترین گزینه‌ها برای استفاده عملی در الکترولایزر‌های غشای تبادل آنیونی تبدیل کرده است.

این آزمایش‌ها فعلا در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده‌اند اما پژوهشگران قصد دارند در مرحله بعد امکان استفاده صنعتی و تولید انبوه این کاتالیزور را بررسی کنند. در صورت موفقیت این فناوری می‌تواند هزینه تولید هیدروژن سبز را کاهش دهد و به گسترش ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر در مقیاس وسیع کمک کند.

انتهای پیام/