Yeni Hidrojen Üretim Yolları Keşfedildi

Doğru Hidrojen Katalizörünü Bulmak

Hidrojen teoride, enerji depolamak ve zor elektrifleştirilebilen güç uygulamaları için mükemmel bir yakıt olabilir. Bu, birkaç neredeyse ideal özelliğe sahip olmasından kaynaklanmaktadır:

• Yanma ürününün sadece su olması
• Ve aynı şey, elektrik üretimi için yakıt hücrelerinde kullanıldığında da söylenebilir.
• Çok yüksek sıcaklıkta yanabilmesi, metalurji, kimyasal süreçler vb. için doğal gazın iyi bir alternatifi olmasıdır.
• Üretim için yalnızca suya ihtiyaç duyması
• Hidrojen kendisi zehirsiz ve kirlenme yapmaz.

Ancak, hidrojen tabanlı bir ekonominin yükselişi, hidrojeni maliyet etkili bir şekilde üretme zorluğuyla engellenmiştir. Bu, çoğu yeşil hidrojenin (yeşil enerjiden üretilen) elektroliz yoluyla üretildiği gerçeğinden kaynaklanmaktadır ve bu süreç şu anda büyük ölçüde pahalı katalizörler gibi platin, rutenyum veya iridyum gibi nadir ve pahalı metallere dayanmaktadır.

Bu nedenle, hidrojen için daha iyi bir üretim yöntemi bulunmadıkça, fosil yakıtların yerini alacak şekilde hidrojeni görmemiz olası değildir.

Şanslıyız ki, bu durum hızla değişiyor. Daha önce, özellikle plastik atıklarından hidrojen üretimini, nikel nanorodları alternatif katalizör olarak kullanmayı veya titan ve nikel hurda metallerini (metal parçaların imalatında üretilen talaş) kullanarak hidrojen üretimindeki gelişmeleri ele aldık. Araştırmacılar şimdi yeni seçenekler ekliyorlar.

İlki, Johannes Gutenberg Universitat (Almanya) ve Teknik Üniversitesi Darmstadt (Almanya), Max Planck Enstitüsü Polimer Araştırma (Almanya), Harbin Teknoloji Enstitüsü (Çin) ve Şantung Üniversitesi (Çin) araştırmacıları tarafından kendiliğinden optimize eden katalizörlerin ¹ oluşturulmasıdır. Bu, Angewandte Chemie dergisinde “Kendiliğinden Optimizasyon Cobalt Tungsten Oksit Elektrokatalizörleri Alkalen Ortamda Oksijen Evrimini Artırmak İçin” başlığı altında yayımlandı.

İkincisi, Nanyang Teknoloji Üniversitesi (Singapur), Monash Üniversitesi (Avustralya) ve Hong Kong Üniversitesi (Çin) araştırmacıları tarafından atık su çamurundan yeşil hidrojen ve hayvan yemi ² üretilmesi yönteminin keşfedilmesidir. Bu, Nature Water dergisinde “Güneş Güçlü Atık Su Çamuru Elektroreforming Biyolojik Kanallama ile Yeşil Gıda ve Hidrojen Üretimi” başlığı altında yayımlandı.

Hidrojen Katalizörlerini Düzeltmek

Tüm hidrojen üreten katalizörlerle ilgili tekrar eden bir sorun, bunlar zamanla bozunmasıdır. Bu, reaktif metallere bir çökelti oluşmasından veya metal tabakasının kendisinin yavaş yavaş bozunmasından ve her kataliz ciclo sırasında bileşenlerini kaybetmesinden kaynaklanabilir.

Bu, özellikle pahalı katalizörler için, özellikle de platin metal grubu için sorunlu olmakla birlikte, diğer tür metal bazlı katalizörler için de bir sorun teşkil etmektedir.

Bu nedenle, Alman ve Çinli araştırmacıların ilk çalışmada kendiliğinden optimize eden davranış gözlemlenmesi önemlidir.

“Katalizörümüzün benzersiz olan yanı, performansını zamanla artırması, geleneksel katalizörlerin ise performanslarını tutarlı bir oranda koruyamaması veya thậm chí bazı performanslarını kaybetmeleridir.”

Dr. Dandan Gao – Johannes Gutenberg Üniversitesi Araştırma Lideri

Kobalt-Tungsten Katalizi

Hidrojen Üretim Darboğazını Çözme

Araştırmacılar, 3d ile 5d geçiş metal oksitleri olarak adlandırılan, karıştırılmış metal formülasyonuna odaklandılar.

Bu oksitler, suyun elektrolizi sırasında meydana gelen kimyasal reaksiyon olan oksijen evrim reaksiyonu (OER) gerçekleştirebilmektedir ve bu, hidrojen üretiminde kritik bir adımdır.

Kaynak: SpectroInlet

“Su bölünmesi sırasında iki reaksiyon vardır. Hidrojen gazı üreten hidrojen evrim reaksiyonu (HER) ve oksijen gazı üreten oksijen evrim reaksiyonu (OER). OER, tüm reaksiyon için bir darboğaz teşkil etmektedir. Bu nedenle, OER yarı reaksiyonunu teşvik edebilecek bir katalizör geliştirmeye odaklandık.”

Dr. Dandan Gao – Johannes Gutenberg Üniversitesi Araştırma Lideri

Ancak bu yeni potansiyel katalizörler hala kötü bir şekilde anlaşılıyor, reaksiyon sırasında atomik düzeyde neler olduğu veya metalin elektrokimyasal formu hakkında çok az bilgi mevcut.

Tek Adımda Çökeltme Yöntemi

Araştırmacılar, 3-5 μm çapa sahip bir bakır oksit (L−CuO) mikroçiçek alt tabakası kullandılar.

Sonrasında, kimyasal bir çökeltme yöntemi kullanarak, bakır substratının yüzeyine kobalt-tungsten alaşım bir tabaka oluşturdular.

Kaynak: Angewandte Chemie

Sonraki analizler, malzemenin karmaşık mikroskobik yapılarını, X-ışını fotoelektron spektroskopi (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spektroskopi ve Raman spektroskopi ölçümleri kullanarak ortaya çıkardı.

Ayrıca, katalizörün bakır substrata çok sağlam bir şekilde bağlı olduğunu doğruladı.

“Umut verici ve ölçeklenebilir çökeltme yaklaşımlarının geliştirilmesi, teknolojik, ekonomik ve ekolojik açıdan büyük önem taşımaktadır ve seçilen güçlü mekanik bütünlüğe sahip alt tabakalara OER ön-katalizörlerinin stabil bir şekilde bağlanmasını sağlar”