تولید ارزان هیدروژن از آب با ضایعات فلزی

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ ، دانشمندان دانشگاه ناتینگهام در انگلیس می‌گویند ضایعات فلزی، کاتالیزور کارآمد و مقرون به صرفه‌ای در تولید هیدروژن است.

این جهش در فناوری، فرصت‌های جدیدی را برای عملکرد پایدار وسایل نقلیه برقی در استفاده از سوخت پاک فراهم می‌کند. از سوخت هیدروژنی برای تولید گرما نیز می‌توان استفاده کرد. به گفته محققان، بخار آب تنها محصول جانبی احتراق هیدروژن است.

از آنجایی که تولید هیدروژن به طور معمول به سوخت فسیلی متکی است، این فناوری جدید «امیدوارکننده‌ترین مسیر‌های سبز را برای تولید هیدروژن» از طریق الکترولیز آب ارائه می‌دهد.

الکتروکاتالیستی که آب را تقسیم می‌کند

دانشمندان دریافتند بافت سطح براده‌های فلزی که محصول جانبی صنعت ماشینکاری فلزات است، پله‌ها و شیار‌های ریزی در سطح نانو دارد. این بافت‌ها می‌توانند اتم‌های پلاتین یا کبالت را در خود نگه دارند؛ خاصیتی که منجر به ساخت یک الکتروکاتالیست کارآمد می‌شود که می‌تواند آب را به هیدروژن و اکسیژن تقسیم کند.

معمولا برای فرآیند الکترولیز آب و تولید هیدروژن، از پلاتین استفاده می‌شود که فلز کمیاب و گران قیمتی است. از آنجایی که چنین فلز گرانبهایی عرضه جهانی محدودی دارد، رویکرد رایج تولید هیدروژن، ناپایدار شده و نیاز فوری به جایگزین برای آن وجود دارد.

اکنون، ضایعات فلزی به یک ماده الکتروکاتالیست مقرون به صرفه و فراوان تبدیل شده اند که تولید هیدروژن را امکان پذیرتر و مقیاس پذیرتر می‌کنند.

مجریان یان طرح استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی روبشی، سطوح به ظاهر صاف فولاد ضد زنگ، تیتانیوم یا آلیاژ نیکل را بررسی کرده و دریافتند این سطوح دارای شیار‌ها و برجستگی‌هایی هستند که عرض آنها تن‌ها ده‌ها نانومتر است و می‌تواند فرصت بی نظیری برای ساخت الکتروکاتالیست‌ها باشد.

باران اتم‌های پلاتین روی سطح

آنها از مگنترون برای رسوب اتم‌های پلاتین بر روی سطح ضایعات فلزی استفاده کردند. این فرآیند یک «باران» از اتم‌های پلاتین را روی سطح ایجاد می‌کند که سپس به صورت نانوذرات جمع می‌شوند و کاملا در شیار‌های کوچک سطح قرار می‌گیرند.

این پژوهشگران موفق شدند تنها با استفاده از یک دهم میزان پلاتین بارگذاری شده در مقایسه با کاتالیزور‌های تجاری پیشرفته، آب را الکترولیز کرده و هیدروژن تولید کنند. آنها فقط ۲۸ میکروگرم از این فلز گرانبها را در یک سانتی متر مربع از براده پخش و با موفقیت یک الکترولیز در مقیاس آزمایشگاهی ابداع کردند.

این الکترولیز کننده با بازدهی صد در صدی کار می‌کند و در هر دقیقه فقط از یک تکه براده، ۰.۵ لیتر گاز هیدروژن تولید می‌کند.
نتایج این تحقیقات در نشریه Material Chemistry A of the Royal Society of Chemistry منتشر شده است.