Basura ng Pabrika ng Papel Nagiging Katalista para sa Luntiang Hydrogen

Pagpapa-ikot ng Basura ng Pabrika ng Papel Bilang mga Katalista ng Hydrogen

Ang susi upang ang berdeng produksyon ng hydrogen ay maging haligi ng ating ekonomiya ay gawing sapat na mura ito upang makipagkumpetensya sa mga fossil fuel o iba pang artipisyal na likidong fuel.

Kailangan din na ang proseso ay maging kasing-sustenable hangga’t maaari, dahil ang pagpapalit ng polusyon mula sa fossil fuel ng isa pang uri ng polusyon ay magiging kontraproduktibo.

Ang kakulangan sa pamumuhunan at imprastruktura ay isa ring problema, isang bagay na dapat lutasin ng mga megaproject tulad ng European Hydrogen Backbone (EHB).

Gayunpaman, ang pangunahing problema sa produksyon ng hydrogen ay ang mga katalista nito. Sa mahabang panahon, ang electrolysis ng hydrogen ay umaasa sa mamahaling mga katalista na gumagamit ng platinum o palladium. Dahil ang mga metal na ito ay napakabihira at mahal (tulad ng ipinaliwanag namin sa “Investing In Platinum – The Universal Catalyst”), ang mga electrolyzer ng hydrogen ay napakamahal din.

Sa kabutihang palad, isang serye ng mga alternatibo ang lumalabas, halimbawa, nanorods ng nickel, iron nanoscopic hollow balls, silicon carbide para sa photocatalysis, o cobalt tungsten oxide.

Isang bagong opsyon na maaaring mas sustenable pa ang iminungkahi ng mga mananaliksik sa Shenyang Agricultural University at Guangdong University of Technology (China), gamit ang mga produktong basura mula sa paggawa ng papel bilang katalista.

Sina-publika nila ang kanilang mga natuklasan sa Biochar, sa pamagat na “Lignin-derived carbon fibers loaded with NiO/Fe3O4 to promote oxygen evolution reaction”.

Ebolusyon ng Oksiheno Para sa Produksyon ng Hydrogen

Ang tubig, na binubuo ng mga atom ng oksiheno at hydrogen (H₂O), ay kailangang i-convert ang mga atom ng oksiheno tungo sa atmospheric oxygen upang makabuo ng magagamit na hydrogen (H₂).

Ang hakbang na ito ay karaniwang isa sa pinakamahirap i-engineer upang mangyari nang epektibo at hindi sayangin ang kuryente. Dito rin kinakailangan ang mamahaling mga katalista.

Sa halip na gamitin ang mga katalistang ito, gumamit ang mga mananaliksik ng lignin, isang sangkap ng kahoy at byproduct na natitira mula sa pag-refine ng wood pulp tungo sa papel. Ang proseso ay nag-eextract ng selulosa, iniiwan ang hindi kailangang lignin.

Ang taunang produksyon ng lignin ay humihigit sa 70 milyong tonelada. Sa kasalukuyan, madalas itong sinusunog para sa enerhiya, kahit na kaunti lamang ang nalilikha, upang lamang maalis ito.

“Ang oxygen evolution ay isa sa pinakamalaking balakid sa epektibong produksyon ng hydrogen.

Ang aming trabaho ay nagpapakita na ang isang katalista na gawa mula sa lignin, isang mababang-halaga na byproduct ng mga industriya ng papel at biorefinery, ay maaaring maghatid ng mataas na aktibidad at pambihirang tibay. Ito ay nagbibigay ng mas berde at mas ekonomikong ruta patungo sa malakihang pagbuo ng hydrogen.”

— Yanlin Qin, Guangdong University of Technology

Paggawa ng Lignin Bilang Katalista ng Hydrogen

Carbon Fibers Bilang Katalista

Sa pangkalahatan, itinuturing na ideal ang carbon scaffolds bilang mga katalista dahil sa kanilang mataas na surface area, maaaring i-tailor na porosity, kemikal na inertness, at mahusay na electrical conductivity.

Ngunit ang ibang materyales tulad ng polyacrylonitrile fibers o CVD-grown carbon fibers ay may limitadong gamit dahil sa mataas na gastos, mamahaling paggawa, o hindi sapat na kemikal na katangian.

<pKinuha ng mga mananaliksik ang hindi kailangang lignin at napagtanto na ang mayaman nitong aromatic na estruktura at kumplikadong mikroskopikong estruktura ay isang promising carbon precursor para sa paggawa ng mataas na performance na porous carbon materials.

Ang hindi maayos na microtexture ng lignin ay maaaring mag-angkla ng napakaliit na metal/metal-oxide nanoparticles. Bilang karagdagan, ang magkakaugnay na fiber network nito ay nag-aalok ng tuwid na electronic highways at bukas na macroporous channels para sa daloy ng kuryente. Sa huli, ang carbon footprint ng lifecycle ng lignin ay tinatayang < 0.5 kg CO₂ eq kg^–1, higit sa 10x mas mababa kaysa sa ibang carbon-based materials na iminungkahi hanggang ngayon.

Paglikha ng mga Lignin Catalyst

Ang lignin, polyacrylonitrile (PAN), at mga metal precursor (Ni²⁺, Fe³⁺) ay co-dissolved sa N,N-dimethylformamide (DMF) at pinroseso sa pamamagitan ng electrospinning upang makabuo ng uniform precursor fibers.

Pagkatapos ay sinubukan itong i-carbonize upang makabuo ng panghuling lignin-derived carbon fibers na may uniform na nakabaong metal catalysts sa fiber.

Ang nabuong materyal ay sinuri sa ilalim ng transmission electron microscopy, na nagpakita ng NiO/Fe₃O₄ nanoparticles na nakapako sa lignin-derived carbon fibers.

Isang nanoscale junction sa pagitan ng NiO at Fe₃O₄ ay napansin din, at inaasahang magpapadali ng electron transfer at magpapalakas ng oxygen evolution reaction activity.

Karagdagang pagsusuri gamit ang X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), at Raman spectroscopy ay nagpakita ng structural composition ng katalista, na naghanap ng pinakamainam na kondisyon para sa pagbuo ng NiO at Fe₃O₄ junction.

Pagsukat ng Pagganap ng Katalisis

Mag-swipe para mag-scroll →

Sinukat pagkatapos ang oxygen evolution reaction activity at ikinumpara ito sa NiO at Fe₃O₄ material kapag hiwalay.

Ipinakita nito na ang mga kemikal na reaksyon para sa produksyon ng hydrogen ay pinakamalakas kapag parehong naroroon ang dalawang metal na katalista. Ipinakita rin nito ang pangmatagalang katatagan ng katalista, na may higit sa 50 oras ng tuloy-tuloy na operasyon na walang makabuluhang pinsala sa katalista.

Pagkatapos ay masusing sinuri ng mga siyentipiko, sinusubukang maunawaan eksakto kung anong mga reaksyon ang nagaganap, pinatunayan na ang reaksyon ay sumusunod sa prosesong kilala bilang “adsorption-evolution mechanism (AEM) pathway”, na may sunud-sunod na pag-absorb ng mga electron at pansamantalang may kargang anyo ng oksiheno, indibidwal na atom, at molekula.

Mga Aplikasyon

Ang paggamit ng napakamurang lignin, bakal, at medyo murang nickel, upang lumikha ng isang mataas na epektibo, mababang-gastos, at matagal na tibay na katalista ng hydrogen ay nagbubukas ng daan sa dalawang bagay nang sabay:

• Pagpapahalaga sa lignin, isang carbon by-product na sa ngayon ay sinusunog, upang gawing isang berde na enerhiya na katalista.
• Ang posibilidad ng mass production ng isang katalista ng hydrogen gamit ang isang pamamaraan na madaling ma-scale.

Dahil lahat ng mga pamamaraan at materyales na ginamit sa pag-aaral na ito ay madaling i-scale, maaaring ito ang unang alternatibong materyal ng katalista para sa produksyon ng hydrogen na hindi lamang hindi gumagamit ng mga bihirang metal ng platinum group, kundi maaari ring agad na ilunsad sa malakihang produksyon.

Kakailanganin pa ng karagdagang pag-aaral upang tasahin ang napakatagal na katatagan ng binagong lignin (>1 taon ng tuloy-tuloy o hindi regular na paggamit) sa totoong kondisyon, kasama ang mga pagbabago sa kahalumigmigan, temperatura, UV light, atbp., na kailangang tasahin para sa pagiging viable nito bilang isang industriyal na sukat na katalista ng hydrogen.

Pamumuhunan sa Produksyon ng Hydrogen

Plug Power Inc.

Ang Plug Power ay isang nangunguna sa berdeng hydrogen, na nakatuon sa mga fuel cell. Ang kumpanya ay nag-uulat ng higit sa 72,000 na fuel cell na naka-install sa higit sa 300 lokasyon, na may malaking presensya sa mga fleet ng material-handling. Partikular, ang kanilang mga fuel cell ay nagpapatakbo ng higit sa 40,000 forklift, na may kita na tumaas ng 8 beses mula 2013.

Aktibo rin ito sa pagtatayo ng hydrogen infrastructure, tulad ng produksyon ng hydrogen, logistics, utility-scale power generation, at deliveries.

Ang kumpanya ay naglalayong mag-scale upang pababain ang gastos ng produksyon ng hydrogen mula $10/kg tungo sa $4/kg, habang pinapalaki ang produksyon ng 14 beses sa 2027. Dapat din nitong palitan ang lahat ng externally sourced hydrogen, na madalas ibinibenta sa mga customer nang may pagkalugi.

Dahil sa napakalaking pamumuhunan upang dagdagan ang kapasidad ng produksyon ng 19 beses mula 2020, ang kumpanya ay hindi pa kumikita, ngunit ang pag-unlad sa pag-sourcing ng sarili nitong hydrogen ay dapat magbago nito.

Nakikita ng kumpanya ang kanilang mga solusyon bilang direktang fuel para sa mobilidad o bilang karagdagan sa mga EV, dahil ang hydrogen ay nagpapahintulot ng pagbawas ng pressure sa grid tuwing peak charging time ng mga EV, na hindi tumutugma sa mga panahon ng produksyon ng renewable sa araw.

Bilang isang pangunahing tagagawa ng mga fuel cell, malaki ang pakinabang ng Plug Power mula sa pag-shift patungo sa isang hydrogen-based na ekonomiya. Ang mas murang katalista ng fuel cell ay maaaring maisama sa kanilang mga disenyo, at magpapalakas ng adoption rate ng mga hydrogen vehicle at grid-scale energy storage.

Kaya’t ito ay ginagawang magandang stock ang Plug Power para sa pagtaya sa pag-ikot patungo sa hydrogen sa pangkalahatan, kasama ang paglago ng demand para sa kanilang mga fuel cell sa bawat pagkakataon na isang mas murang paraan para gumawa, mag-imbak, mag-transport, o gumamit ng hydrogen ay naimbento.

(Maaari mong basahin pa ang tungkol sa Plug Power sa aming dedikadong ulat sa pamumuhunan sa kumpanya.)

Pinakabagong Balita at Pag-unlad ng Stock ng Plug Power (PLUG)

Pag-aaral na Binanggit

^{1. Xuezhi Zeng, Yutao Pan, Yi Qi, Yanlin Qin, & Xueqing Qiu. Lignin-derived carbon fibers loaded with NiO/Fe3O4 to promote oxygen evolution reaction. BiocharX. 1, Article number: e011. 27 Nobyembre 2025. https://www.maxapress.com/article/doi/10.48130/bchax-0025-0011}