זרז לייצור מימן ירוק יעיל יותר

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


משבר האקלים דורש הגברת השימוש במקורות אנרגיה מתחדשים כמו שמש ורוח, אך עם זמינות לסירוגין, אחסון אנרגיה ניתן להרחבה הוא אתגר.

מימן – במיוחד מימן ירוק נטול פחמן – התגלה כספק אנרגיה נקייה מבטיח ואפשרות אחסון לאנרגיה מתחדשת כמו שמש ורוח. זה לא מוסיף פליטת פחמן לאטמוספירה, אבל כרגע הוא יקר ומורכב ליצירה.

אחת הדרכים לייצר מימן ירוק היא פיצול מים אלקטרוכימי. תהליך זה כרוך בהפעלת חשמל דרך מים בנוכחות זרזים (חומרים מגבירי תגובה) להפקת מימן וחמצן.

חוקרים במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה ובמכון המחקר הטכנולוגי של ג'ורג'יה (GTRI) פיתחו תהליך חדש של פיצול מים וחומר הממקסמים את היעילות של ייצור מימן ירוק, מה שהופך אותו לאפשרות זולה ונגישה עבור שותפים תעשייתיים שרוצים להפוך למימן ירוק. לאגירת אנרגיה מתחדשת במקום הפקת מימן קונבנציונלית פולטת פחמן מגז טבעי.

הממצאים של Georgia Tech מגיעים כאשר מומחי אקלים מסכימים שמימן יהיה קריטי עבור המגזרים התעשייתיים המובילים בעולם כדי להשיג את יעדי הפליטה שלהם אפס נטו. בקיץ שעבר, מינהל ביידן קבע יעד להפחית את עלות המימן הנקי ב-80% בעשור אחד. יוזמת משרד האנרגיה, שזכתה לכינוי "יריית המימן", מבקשת להוזיל את העלות של מימן "נקי" או ירוק ל-1 דולר לק"ג עד 2030.

מדענים מקווים להחליף את הגז הטבעי והפחם, המשמשים כיום לאחסון אנרגיה חשמלית נוספת ברמת הרשת, במימן ירוק מכיוון שהוא אינו תורם לפליטת פחמן, מה שהופך אותו לאמצעי ידידותי יותר לסביבה לאחסון חשמל מתחדש. מוקד המחקר שלהם הוא אלקטרוליזה, או תהליך השימוש בחשמל לפיצול מים למימן וחמצן.

פחות יקר, חומרים עמידים יותר

צוות המחקר של ג'ורג'יה טק מקווה לעשות מימן ירוק פחות יקר ועמיד יותר באמצעות חומרים היברידיים עבור הזרז האלקטרוני. כיום, התהליך מסתמך על רכיבי מתכת אצילים יקרים כמו פלטינה ואירידיום, הזרזים המועדפים להפקת מימן באמצעות אלקטרוליזה בקנה מידה. אלמנטים אלה יקרים ונדירים, מה שעצר את המהלך להחליף גז עבור חשמל מבוסס מימן. למעשה, מימן ירוק היווה פחות מ-1% מייצור המימן השנתי בשנת 2020, בעיקר בגלל ההוצאה הזו, לפי חברת מחקרי שוק Wood Mackenzie.

"העבודה שלנו תפחית את השימוש במתכות האצילות האלה, תגדיל את הפעילות שלהן כמו גם את אפשרויות הניצול שלהן", אמר החוקר הראשי של המחקר Seung Woo Lee, פרופסור חבר בבית הספר להנדסת מכונות של ג'ורג' וו. וודרוף ומומחה לאגירת אנרגיה אלקטרוכימית ומערכות המרה.

במחקר שפורסם בכתבי העת קטליזה יישומית B: סביבתית ו מדעי האנרגיה והסביבה, לי וצוותו הדגישו את האינטראקציות בין ננו-חלקיקי מתכת ותחמוצת מתכת כדי לתמוך בתכנון של זרזים היברידיים בעלי ביצועים גבוהים.

"עיצבנו סוג חדש של זרז שבו הגענו למצע תחמוצת טוב יותר שמשתמש בפחות מהיסודות האצילים", אמר לי. "זרזים היברידיים אלה הראו ביצועים מעולים עבור חמצן ומימן (פיצול)."

ניתוח בקנה מידה ננומטרי

עבודתם הסתמכה על חישוב ומידול משותף למחקר, המכון של קוריאה לחקר האנרגיה, ומדידות קרני רנטגן מהאוניברסיטה הלאומית Kyungpook ואוניברסיטת אורגון סטייט, אשר מינפה את הסינכרוטרון של המדינה, צילום סופר רנטגן בגודל מגרש כדורגל.

"באמצעות צילום הרנטגן, אנו יכולים לעקוב אחר השינויים המבניים בזרז במהלך תהליך פיצול המים, בקנה מידה ננומטרי", הסביר לי. "אנחנו יכולים לחקור את מצב החמצון שלהם או את התצורות האטומיות שלהם בתנאי הפעלה."

Jinho Park, מדען מחקר ב-GTRI וחוקר מוביל של המחקר, אמר כי מחקר זה יכול לסייע בהורדת המחסום של עלות הציוד המשמש בייצור מימן ירוק. מלבד פיתוח זרזים היברידיים, החוקרים כוונו היטב את היכולת לשלוט בצורת הזרזים, כמו גם באינטראקציה של מתכות. סדרי העדיפויות העיקריים היו הפחתת השימוש בזרז במערכת ובמקביל הגדלת עמידותו מאחר והקטליזטור מהווה חלק עיקרי מעלות הציוד.

"אנחנו רוצים להשתמש בזרז הזה במשך זמן רב מבלי לפגוע בביצועים שלו", אמר. "המחקר שלנו לא מתמקד רק בייצור הזרז החדש, אלא גם בהבנת מכניקת התגובה מאחוריו. אנו מאמינים שהמאמצים שלנו יסייעו לתמוך בהבנה בסיסית של תגובת פיצול המים על הזרזים ויספקו תובנות משמעותיות לחוקרים אחרים בתחום השדה הזה," אמר פארק.

צורת זרז חשובה

ממצא מרכזי, לפי פארק, היה תפקידה של צורת הזרז בייצור מימן. "מבנה פני השטח של הזרז חשוב מאוד כדי לקבוע אם הוא מותאם לייצור מימן. זו הסיבה שאנו מנסים לשלוט בצורת הזרז וכן באינטראקציה בין המתכות לחומר המצע", אמר.

פארק אמר שחלק מהיישומים המרכזיים שיועלו תחילה כוללים תחנות מימן לרכבים חשמליים עם תאי דלק, הפועלים כיום רק במדינת קליפורניה, ורשתות מיקרו, גישה קהילתית חדשה לתכנון ותפעול רשתות חשמליות הנשענות על גיבוי מונע מתחדש. כּוֹחַ.

בעוד שהמחקר נמצא בעיצומו של XYZ, הצוות עובד כעת עם שותפים כדי לחקור חומרים חדשים לייצור מימן יעיל באמצעות בינה מלאכותית (AI).

.



קישור לכתבת המקור – 2022-01-14 22:34:29

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר