Eine weitere Neuentdeckung aus dem Bereich der grünen Energie: Forscher von RIKEN haben einen Katalysator entdeckt, der den Iridiumverbrauch bei der Wasserstoffproduktion um 95 % reduziert. Sie erwarten, dass dies die Nachhaltigkeit bei der Entwicklung einer kohlenstoffneutralen Wasserstoffwirtschaft verbessern wird.
Das RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) in Japan hat einen Katalysator entwickelt, der den Iridiumbedarf in Wasserstoffelektrolyseuren senken soll. Aufgrund verschiedener Einschränkungen ist die Produktion mittels PEM-Elektrolyse derzeit nicht für den großtechnischen Einsatz geeignet. Elektrochemische Reaktionen verlaufen üblicherweise optimal in einem übersättigten sauren Medium, und Seltenerdmetalle wie Iridium gelten als vielversprechende Katalysatoren. Bislang hat jedoch der Mangel an Iridium die Produktion von grünem Wasserstoff behindert.
In diesem Zusammenhang sagte Dr. Ryuhei Nakamura , der leitende Forscher des CSRS: „ Die Skalierung der PEM-Elektrolyse auf den Terawatt-Maßstab würde den Iridiumbedarf von 40 Jahren decken, was sicherlich unpraktisch und höchst unnachhaltig ist. “
Herausforderungen bei der Produktion von grünem Wasserstoff
Die Wasserelektrolyse ist ein umweltfreundliches elektrochemisches Verfahren, das Sauerstoff- und Wasserstoffmoleküle trennt. Der so erzeugte Wasserstoff kann gespeichert und später verwendet werden.
Wasserstoff in Kombination mit PEM (Protonenaustauschmembran) eignet sich zur Energiespeicherung und kann ein Elektroauto antreiben. Aufgrund verschiedener Einschränkungen ist die Produktion von PEM-Elektrolysezellen jedoch noch nicht für den großtechnischen Einsatz geeignet.
Highlights: RIKENs revolutionärer Katalysator Reduziert den Iridiumverbrauch um 95 %
- Das neuer Katalysator is basierend auf Iridiumatomen, die auf ein Manganoxidsubstrat gestreut sind.
- Es wird elektrochemisch auf dem platinbeschichteten Titannetz abgeschieden, das korrosionsbeständig ist.
- Das Form dieser Anordnung ist optimal für Iridium, da es bei geringster Iridiummenge die besten katalytischen Eigenschaften bietet.
- Darüber hinaus verklebte oder verklumpte es nicht, sodass die Wasserstoffproduktion effizient bleiben im Protonenaustauschmembran-Elektrolyseur (PEM).
- Es wird die Variante mit der besten bekannten Wirksamkeit (94%) verwendet. Diese ermöglicht die Aufrechterhaltung der Reaktion im sauren Milieu bei 1000 mA/cm2 für einen Monat.
- Die übertragene Ladungsmenge betrug fast 100-mal größer. Es ist mehr als jedes vorherige Experiment.
- Ein PEM-Elektrolyseur-Test für die Wasserelektrolyse zeigt die Möglichkeit, die Stabilität aufrechtzuerhalten. Er wurde erfolgreich 82 % Effizienz für 4 Monate ohne Leistungseinbuße.
- Die elektrolysierte Wassermenge war im Vergleich zu anderen nicht-rohen Metallsubstanzen zehnmal größer.
- Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Reaktionsstabilität durch eine Änderung der Struktur um mehr als das 40-fache erhöht werden kann.
- Planar hat stärkere Bindungen mit Mangan und dem Die Menge an planarem Sauerstoff im Kristall beeinflusst die Stabilität des Katalysators positiv.
„ Wir brauchen einen Weg, die Lücke zwischen Elektrolyseuren auf Basis seltener Metalle und solchen auf Basis gängiger Metalle zu schließen, damit wir über viele Jahre hinweg einen schrittweisen Übergang zu vollständig nachhaltigem grünem Wasserstoff schaffen können “, sagt Dr. Nakamura.
Haben Sie schon von einer Studie über kostengünstige, zuckerbasierte Katalysatoren gehört, die Kohlendioxid effektiv zerstören können?
Zukunftspotenzial des neuen Katalysators
„ Die verbesserte Stabilität ging nicht mit einem Aktivitätsverlust einher, was üblicherweise der Fall ist. Ein PEM-Wasserelektrolyseur, der mit einem häufig vorkommenden Katalysator Wasserstoff bei einer Stromdichte von 200 mA/cm² erzeugt, ist hocheffizient “, sagt Dr. Shuang Kong , einer der Erstautoren der Studie.
Letztendlich reduziert der RIKEN-Katalysator den Iridiumverbrauch bei der Wasserstoffproduktion um 95 % und unterstreicht die Wirksamkeit der Innovation.
Quelle : Länger anhaltende und nachhaltigere Produktion von grünem Wasserstoff
