Naukowcy przekształcają odpady metalowe w katalizator wodoru

Wodór to najciekawszy i najbardziej przewrotny pierwiastek, będący obecnie najefektywniejszym i najczystszym sposobem na magazynowanie energii elektrycznej. Mimo że jest najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie, na Ziemi występuje jedynie w śladowych ilościach. Uznawany jest za paliwo ekologiczne, ale jego produkcja generuje znaczne ilości zanieczyszczeń atmosferycznych. Stąd odkrycie brytyjskich naukowców nabiera szczególnego znaczenia dla rozwoju branży wodorowej.

Odpady metalowe to zielona przyszłość?

Zespół z Uniwersytetu Nottingham odkrył, że drobne rowki pokrywają powierzchnię wiórów, będących ubocznym produktem przemysłu obróbki metali. Wióry te mogą służyć jako podłoże dla atomów platyny lub kobaltu, tworząc wydajny elektrokatalizator do rozdzielania wody na wodór i tlen. Wodór może być wykorzystywany do wytwarzania ciepła lub napędzania pojazdów, przy czym jedynym produktem ubocznym spalania jest para wodna.

Polecamy: Jak zrobić wodór z wody morskiej?

Jednak większość metod jego produkcji bazuje na surowcach kopalnych. Elektroliza wody jest jedną z najbardziej ekologicznych metod produkcji wodoru, wymagając jedynie wody i energii elektrycznej. Branża stoi jednak przed wyzwaniem, gdyż proces elektrolizy potrzebuje rzadkich i drogich pierwiastków do katalizowania rozszczepienia wody. W związku z ograniczoną globalną podażą oraz rosnącymi cenami metali szlachetnych istnieje pilna potrzeba opracowania alternatywnych materiałów elektrokatalitycznych.

Przemysł w Wielkiej Brytanii generuje miliony ton odpadów metalowych rocznie. Za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego byliśmy w stanie zbadać pozornie gładkie powierzchnie wiórów ze stali nierdzewnej, tytanu lub stopu niklu. Ku naszemu zdumieniu odkryliśmy, że powierzchnie te miały rowki i grzbiety o szerokości zaledwie kilkudziesięciu nanometrów. Zdaliśmy sobie sprawę, że ta nanoteksturowana powierzchnia może stanowić wyjątkową okazję do produkcji elektrokatalizatorów

– podsumował dr Jesum Alves Fernandes, przewodzący zespołem badawczym.

Polecamy: Piękni, zdrowi, nieaktywni – młodzi ludzie na całym świecie przestają szukać pracy

Wodór z opadów

Naukowcy wykorzystali rozpylanie magnetronowe do stworzenia „deszczu” atomów platyny na powierzchni wiórów, które następnie połączyły się w nanocząsteczki i ściśle przylgnęły do rowków.

To niezwykłe, że możemy produkować wodór z wody, używając zaledwie jednej dziesiątej ilości platyny w porównaniu z najnowocześniejszymi komercyjnymi katalizatorami

– stwierdziła dr Madasamy Thangamuthu, odpowiedzialna za analizę struktury i aktywności elektrokatalitycznej nowych materiałów.

Podczas eksperymentu naukowcy rozprowadzili 28 mikrogramów metalu szlachetnego na 1 cm² wiórów, dzięki czemu udało się stworzyć elektrolizer działający ze 100-procentową wydajnością, wytwarzający 0,5 litra wodoru na minutę.

Polecamy: Wodór ukryty w Ziemi

Nowe perspektywy

Grupa współpracuje również z firmą z Nottingham, specjalizującą się w projektowaniu i produkcji elektrolizerów. Profesor Andrei Khlobystov z Uniwersytetu Nottingham stwierdził: 

Elektrokatalizatory wykonane z wiórów mają potencjał, by znacząco wpłynąć na gospodarkę. Po pierwsze, umożliwiają produkcję zielonego wodoru przy minimalnym użyciu metali szlachetnych, po drugie, pozwalają na upcykling odpadów metalowych z przemysłu lotniczego, i to wszystko w jednym procesie.

Aby przyspieszyć rozwój i wdrażanie innowacji w zielonym przemyśle i zaawansowanej produkcji w regionie East Midlands utworzono klaster Zero Carbon. Profesor Tom Rodden z Uniwersytetu w Nottingham, podkreślił, że rozwijanie wodorowych układów napędowych może odgrywać kluczową rolę w rozwiązywaniu problemów związanych z emisją dwutlenku węgla, zwłaszcza w sektorze transportu i produkcji.

Powodzenie tej strategii zależy od zrównoważonej produkcji zielonego wodoru, na przykład poprzez elektrolizę wody, co wymaga postępów w dziedzinie projektowania materiałów.

Polecamy:

To może cię również zainteresować: