מחקר חדש של מדענים מאוניברסיטת ייל ומאוניברסיטת מיזורי מראה שזרזים המיוצרים עם מנגן יכולים להמיר ביעילות פחמן דו חמצני לפורמט. מנגן זמין באופן נרחב ובעלות נמוכה, מה שהופך אותו לחלופה אטרקטיבית למתכות יקרות. פורמט נחשב לחומר מבטיח לאחסון מימן, שעשוי לסייע בהפעלת הדור הבא של תאי דלק.
המחקר פורסם בכתב העת Chem. הכותבים הראשיים הם חוקר הפוסט-דוקטורט של ייל ג'סטין ודאל ועוזר המחקר בוגר אוניברסיטת מיזורי Kyler Virtue. בין המחברים הבכירים נמנים פרופסור ייל נילאי הזארי ופרופסור ווסלי ברנסקוטר מאוניברסיטת מיזורי.
מדוע תאי דלק מימן חשובים
תאי דלק מימן פועלים על ידי הפיכת אנרגיה כימית ממימן לחשמל, בדומה לאופן שבו פועלת סוללה. למרות שהטכנולוגיה טומנת בחובה הבטחה לאנרגיה נקייה, אימוץ בקנה מידה גדול הוגבל על ידי הקושי והעלות של ייצור ואחסון מימן ביעילות.
"ניצול פחמן דו חמצני הוא בראש סדר העדיפויות כרגע, כאשר אנו מחפשים חומרי הזנה כימיים מתחדשים כדי להחליף חומרי הזנה שמקורם בדלק מאובנים", אמר האזארי, פרופסור ג'ון רנדולף האפמן לכימיה, ויו"ר כימיה, בפקולטה לאמנויות ומדעים של ייל (FAS).
פורמט כמוביל מימן
חומצה פורמית, הצורה הפרוטונית של פורמט, מיוצרת כבר בקנה מידה תעשייתי. הוא משמש בדרך כלל כחומר משמר, חומר אנטיבקטריאלי ובשיזוף עור. מדענים רבים רואים בו גם מקור מעשי למימן לתאי דלק, בתנאי שניתן לייצר אותו בצורה בת קיימא ויעילה.
כיום, רוב ייצור הפורמט התעשייתי מסתמך על דלקים מאובנים, מה שמגביל את היתרונות הסביבתיים ארוכי הטווח שלו. חוקרים אומרים שחלופה נקייה יותר תהיה לייצר פורמט ישירות מפחמן דו חמצני באוויר. גישה זו גם תפחית את רמות גזי החממה וגם תיצור מוצר כימי שימושי.
אתגר הקטליזטור
הפיכת פחמן דו חמצני לפורמט דורש זרז, וזה היה מכשול גדול. רבים מהזרזים היעילים ביותר שפותחו עד כה תלויים במתכות יקרות שהן יקרות, נדירות ולעתים קרובות רעילות. מתכות בשפע יותר נוטות להתפרק במהירות, מה שמפחית את יכולתן להניע את התגובה הכימית.
כיצד מנגן עלה על הציפיות
צוות המחקר פיתח אסטרטגיה חדשה להתגבר על בעיה זו. על ידי תכנון מחדש של מבנה הזרז, הם האריכו משמעותית את חיי העבודה של זרזים מבוססי מנגן. כתוצאה מכך, זרזים אלה פעלו טוב יותר מרוב חלופות המתכות היקרות.
לדברי החוקרים, השיפור העיקרי הגיע מהוספת אטום תורם נוסף לעיצוב הליגנד (ליגנדים הם אטומים או מולקולות שנקשרים עם אטום מתכת ומשפיעים על תגובתיות). שינוי זה עזר לייצב את הזרז ולשמור על יעילותו.
"אני נרגש לראות את עיצוב הליגנד משתלם בצורה כה משמעותית", אמר וודאל.
השלכות רחבות יותר על כימיה נקייה
הצוות מאמין שניתן ליישם גישה זו מעבר להמרת פחמן דו חמצני. עקרונות עיצוב דומים עשויים לשפר זרזים המשמשים בתגובות כימיות אחרות, ועלול להרחיב את ההשפעה של העבודה.
גם חוקרי ייל ברנדון מרקאדו וניקול פיקוט תרמו למחקר. המימון למחקר ניתן על ידי משרד המדע של משרד האנרגיה האמריקאי.
קישור לכתבת המקור – 2026-02-03 13:08:00
