Oto kolejne nowe odkrycie ze sfery zielonej energii. Naukowcy z RIKEN odkryli, że katalizator zmniejsza zużycie irydu o 95% w produkcji wodoru. Oczekują poprawy zrównoważoności w rozwijaniu neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla gospodarki wodorowej.
Japońskie Centrum Nauki o Zrównoważonych Zasobach (CSRS) RIKEN opracowało katalizator, który zmniejszy zapotrzebowanie na iryd w elektrolizerach wodoru. Ze względu na szereg ograniczeń, produkcja elektrolizy PEM nie jest w stanie sprostać wymaganiom masowego wykorzystania. Zazwyczaj reakcje elektrochemiczne najlepiej przebiegają w przesyconym środowisku kwaśnym oraz w obecności metali ziem rzadkich, takich jak iryd. Jest on nawet uważany za najlepszego kandydata na katalizator. Jednak niedobór irydu do tej pory utrudniał produkcję zielonego wodoru.
W tym kontekście dr Ryuhei Nakamura , główny badacz CSRS, powiedział: „ Zwiększenie elektrolizy PEM do skali terawatów wymagałoby 40 lat irydu, co jest z pewnością niepraktyczne i wysoce niezrównoważone ” .
Wyzwania w produkcji zielonego wodoru
Elektroliza wody to ekologiczny proces elektrochemiczny, który oddziela cząsteczki tlenu i wodoru. Wodór wytworzony tą metodą można magazynować i wykorzystywać później.
Wodór w połączeniu z membraną PEM (protonowo-jonowymienną) nadaje się do magazynowania energii, co pozwala na zasilanie samochodów elektrycznych. Niemniej jednak, ze względu na szereg ograniczeń, produkcja elektrolizy PEM nie jest w stanie sprostać wymaganiom masowego wykorzystania.
Najważniejsze informacje: Rewolucyjny katalizator firmy RIKEN Zmniejsza zużycie irydu o 95%
- nowy katalizator is oparta na atomach irydu rozsypanych na podłożu z tlenku manganu.
- Jest on osadzany elektrochemicznie na siatce tytanowej pokrytej platyną, dzięki czemu jest odporny na korozję.
- kształt tego układu jest optymalny dla irydu, gdyż zapewnia on najwyższe właściwości katalityczne przy wykorzystaniu najmniejszej ilości irydu.
- Co więcej, nie przyklejał się ani nie zlepiał, co pozwalało na produkcję wodoru pozostać wydajnym w elektrolizerze z membraną wymiany protonów (PEM).
- Używana jest wersja o najlepszej znanej skuteczności (94%). Umożliwia ona utrzymanie reakcji w środowisku kwaśnym przy 1000 mA/cm2 przez miesiąc.
- Ilość przeniesionego ładunku była prawie 100 razy większe. To więcej niż jakikolwiek poprzedni eksperyment.
- Elektrolizer PEM testujący elektrolizę wody wykazuje możliwość utrzymania stabilności. Udało się utrzymać 82% wydajności przez 4 miesiące bez degradacji.
- Ilość wody poddanej elektrolizie wzrosła dziesięciokrotnie w porównaniu do innych niesurowych substancji metalicznych.
- Wyniki wskazują na możliwość ponad 40-krotnego zwiększenia stabilności reakcji poprzez zmianę struktury.
- Planar ma silniejsze wiązania z manganem i ilość płaskiego tlenu w krysztale pozytywnie wpływa na stabilność katalizatora.
„ Musimy znaleźć sposób na wypełnienie luki między elektrolizerami na bazie metali rzadkich a elektrolizerami na bazie metali powszechnych, abyśmy mogli stopniowo, przez wiele lat, przejść na całkowicie zrównoważony zielony wodór ” – mówi dr Nakamura.
Czy słyszałeś o badaniu dotyczącym ekonomicznych katalizatorów na bazie cukru, które mogą skutecznie niszczyć dwutlenek węgla?
Przyszły potencjał nowego katalizatora
„ Poprawa stabilności nie wiązała się z kosztami w zakresie aktywności, co zazwyczaj ma miejsce. Elektrolizer wody PEM, który generuje wodór z katalizatorem występującym w przyrodzie z szybkością 200 mA/cm², jest wysoce wydajny ” – mówi dr Shuang Kong , współautor pierwszego badania.
Ostatecznie katalizator RIKEN pozwala na redukcję zużycia irydu w produkcji wodoru o 95%, co podkreśla potencjał innowacji.
Źródło : Dłuższa i bardziej zrównoważona produkcja zielonego wodoru
