Vědci z Washingtonské státní univerzity našli způsob, jak efektivněji vyrábět vodík z vody – důležitý klíč k tomu, aby výroba a skladování obnovitelné energie bylo životaschopné.
Výzkumní pracovníci pod vedením profesorů Yuehe Lin a Scotta Beckmana ze School of Mechanical and Materials Engineering vyvinuli katalyzátor z levných materiálů. Funguje stejně dobře nebo lépe než katalyzátory vyrobené z drahých kovů, které se pro tento proces používají.
Práce je publikována v časopise Advanced Energy Materials.
Skladování čisté energie
Konverze energie je klíčem k ekonomice čisté energie. Vzhledem k tomu, že solární a větrné zdroje produkují energii pouze přerušovaně, existuje kritická potřeba způsobů, jak ukládat a šetřit elektřinu, kterou vytvářejí.
Jedním z nejslibnějších nápadů na skladování obnovitelné energie je využití přebytečné elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů k rozdělení vody na kyslík a vodík; vodík pak může být přiváděn do vozidel s palivovými články.
"Výroba vodíku elektrolýzou vody je nejekologičtějším způsobem přeměny elektřiny na chemické palivo," řekl Junhua Song, Ph. D. student, který syntetizoval katalyzátor a provedl většinu experimentální práce.
Energie, materiály neúměrně drahé
Průmyslová odvětví však proces štěpení vody ve velké míře nevyužívají kvůli neúnosným nákladům na katalyzátory z drahých kovů, které jsou vyžadovány – obvykle platinu nebo ruthenium.
Mnoho způsobů dělení vody také vyžaduje příliš mnoho energie nebo se požadované materiály rozpadají příliš rychle. Místo toho průmyslová odvětví obecně používají k výrobě vodíku pro palivové články proces založený na fosilních palivech, který vytváří škodlivé emise skleníkových plynů.
Pro svůj katalyzátor přidal výzkumný tým WSU do kostry na bázi kob altu nanočástice relativně levné mědi. Nový katalyzátor byl schopen vést elektřinu lépe než běžně používané katalyzátory z drahých kovů. Produkoval kyslík lépe než stávající komerční katalyzátory a produkoval vodík srovnatelnou rychlostí.
Modelování katalyzátoru, použité experimenty
Výzkumníci použili jak teoretické modelování, tak experimentální hodnocení, aby demonstrovali a doladili účinnost svého katalyzátoru.
„Modelování pomohlo výzkumníkům získat na atomární úrovni pochopení toho, jak atomy mědi zlepšují katalyzátor, což pomohlo při přesném výběru a vyladění prvků pro zvýšení výkonu,“řekl Beckman.
„Výzkumný tým poskytl nový pohled na navrhování a zlepšování katalyzátorů na bázi jiných než drahých kovů pro výrobu vodíku,“řekl Lin. „Tento katalyzátor připraví cestu pro vývoj vysoce výkonných aplikací pro výrobu vodíku na bázi elektrolýzy.“
Výzkumní pracovníci hledají externí financování, aby mohli rozšířit svou práci. Doufají, že zlepší stabilitu a účinnost katalyzátoru.
Práce je v souladu s velkými výzvami WSU, souborem výzkumných iniciativ zaměřených na velké společenské problémy. Je zvláště relevantní pro problém udržitelných zdrojů a jeho téma uspokojování energetických potřeb při současné ochraně životního prostředí.
