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 Zentrum für nachhaltige Ressourcenwissenschaft (CSRS) in Japan wurde ein Katalysator entwickelt, der den Bedarf an Iridium in Wasserstoff-Elektrolyseuren senken. Aufgrund verschiedener Einschränkungen ist die Produktion durch PEM-Elektrolyse nicht für den großtechnischen Einsatz geeignet. Normalerweise funktionieren elektrochemische Reaktionen am besten in einem übersättigten sauren Medium und mit Seltenerdmetallen wie Iridium. Es gilt sogar als der beste Kandidat für Katalysatoren. Der Iridiummangel behinderte jedoch bisher die Produktion von grünem Wasserstoff.
In diesem Zusammenhang Dr. Ryuhei Nakamura, sagte der leitende Forscher des CSRS: „Um die PEM-Elektrolyse auf den Terawatt-Bereich auszuweiten, wären Iridiumvorräte im Umfang von 40 Jahren erforderlich, was sicherlich weder praktikabel noch nachhaltig ist."
Herausforderungen bei der Produktion von grünem Wasserstoff
Die Elektrolyse von Wasser ist eine umweltfreundliche elektrochemischer Prozess, der die Sauerstoff- und Wasserstoffmoleküle trennt. Der so erzeugte Wasserstoff kann gespeichert und später genutzt werden.
Wasserstoff in Kombination mit PEM (Protonen-Ionen-Austausch-Membran) eignet sich als Energiespeicher, der ein Elektroauto antreiben kann. Aufgrund verschiedener Einschränkungen ist die Die Produktion der PEM-Elektrolyse kann nicht auf die großtechnische Nutzung reagieren.
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 müssen die Lücke zwischen Elektrolyseuren auf Basis seltener und gewöhnlicher Metalle schließen, um über viele Jahre hinweg einen schrittweisen Übergang zu vollständig nachhaltigem grünem Wasserstoff zu schaffen.”, sagt Dr. Nakamura.
Haben Sie von einer Studie gehört, Kostengünstige Katalysatoren auf Zuckerbasis, die Kohlendioxid effektiv zerstören können?
Zukunftspotenzial des neuen Katalysators
"Die verbesserte Stabilität ging nicht auf Kosten der Aktivität, was normalerweise der Fall ist. Ein PEM-Wasserelektrolyseur, der Wasserstoff mit einem reichlich vorhandenen Katalysator mit einer Rate von 200 mA/cm2 erzeugt, ist hocheffizient.Sagt Dr. Shuang Kong, der Co-Erstautor 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
