Specialiștii de la Stanford au conceput un catalizator care ar putea ajuta la producerea unor cantități mari de hidrogen pur prin electroliză – procesul de trecere a energiei electrice prin apă pentru a elibera hidrogenul liber de oxigen în H2O.

 

Astăzi, hidrogenul pur (sau H2), este un produs chimic major derivat, în general, din gaze naturale. Zeci de milioane de tone de hidrogen sunt produse în fiecare an; hidrogenul industrial este important în rafinarea petrolului și producția de îngrășăminte.

 

Thomas Jaramillo, profesor de Inginerie Chimică, și cercetătorul asociat Jakob Kibsgaard vor să folosească electroliza pentru producerea de H2 din apă și, în tot acest proces, să stocheze energia solară, se arată pe site-ul Universității.

 

Electroliza învățată la școală este simplă: se introduc doi electrozi metalici în apă, iar când energia electrică este trecută prin acești electrozi, ei au rolul de catalizator, transformând moleculele din apă în bule de hidrogen și oxigen gazos.

 

Platina este cel mai bun catalizator pentru producerea hidrogenului prin electroliza apei. Însă, pentru a face electroliză la scară industrială, trebuie găsit mai întâi un electrod mai ieftin. “Am încercat să facem hidrogen pur în cel mai eficient mod posibil, fără să utilizăm metale prețioase”, a precizat Jaramillo.

 

În revista științifică germană Angewandte Chemie, Jaramillo și Kibsgaard descriu un catalizator ieftin, durabil și eficient, care ar putea lua locul platinei.

 

Ambițiile lor merg dincolo de utilizarea electrolizei doar pentru a înlocui cererea actuală a pieței de hidrogen.

 

În prezent, nu există nici modalitate eficientă de a stoca energia solară pe scară largă. Cercetătorii de la Stanford cred că electroliza ar putea transforma rezervoarele de apă în baterii pentru stocarea energiei solare.

 

În timpul zilei, energia electrică de la celulele solare ar putea fi folosite pentru a transforma apa în hidrogen și oxigen, iar recombinarea acestor gaze ar genera electricitate care ar putea fi folosită în timpul nopții.

 

Electroliza folosește energie electrică pentru a separa legăturile chimice care formează împreună apa.

 

Separarea legăturilor chimice ale apei produce un ion de hidrogen – un proton fără un electron care să-l echilibreze. Un catalizator H2 bun lasă protonului spațiu pentru a se lipi până când se unește cu un electron, pentru a forma un atom de hidrogen pe suprafața catalizatorului, ca mai apoi să se unească cu un atom de hidrogen învecinat, formând în cele din urmă hidrogenul pur.

 

Secretul este găsirea unui catalizator cu o viscozitate bună.

 

“În cazul în care legarea este prea slabă, ionii nu se lipesc”, spune Thomas Jaramillo. “Iar dacă legarea este prea puternică, ei nu se eliberează.”

 

Platina este perfectă, dar scumpă. Anul trecut, inginerii de la Stanford au descoperit ca alternativă sulfura de molibden, un catalizator utilizat pe scară largă în prelucrarea petrochimică, sulfura având unele dintre proprietățile potrivite pentru a servi ca soluție ieftină, dar eficientă.

 

Profesorul a explicat că prelucrarea petrochimică are similitudini cu electroliza. Asta pentru că stocurile de petrol pentru hrana animalelor, cum ar fi nisipurile bituminoase, conțin o parte semnificativă de molecule grele. Rafinăriile de petrol folosesc reacții catalitice care implică hidrogen pentru a separa aceste molecule grele în molecule mai ușoare, cum ar fi benzina.

 

În mod similar, electroliza implică separarea moleculelor de apă, sau ruperea legăturilor chimice ale acesteia. Pe măsură ce inginerii de la Stanford au încercat să-și îmbunătățească propria descoperire, au găsit o modalitate mai bună de a produce hidrogen din apă inspirându-se din industria petrochimică.

 

Prelucrarea țițeiului implică de multe ori curățarea sulfului din combustibili pentru reducerea ploilor acide. În timpul acestui proces de curățare, o parte din atomii de sulf sunt încorporați în compoziția catalizatorilor implicați în prelucrarea petrolului, crescând activitatea acestor catalizatori.

 

Astfel, inginerii au adăugat atomi de sulf la un catalizator denumit fosfură de molibden, cunoscut pentru proprietatea de a accelera producerea de hidrogen.

 

Adăugarea atomilor de sulf a creat un nou catalizator — phosphosulfide-molibden, care s-a dovedit mai eficace la producerea de hidrogen decât predecesorul său.

 

Noul catalizator este mult mai durabil, calitate extrem de importantă într-un proces industrial în care electrodul trebuie să funcționeze zi de zi afară, fără a se degrada, la fel ca platina.

 

Catalizatorii dezvoltați de Kibsgaard și Jaramillo au un avantaj major. Ca electrozi sunt deosebit de stabili, cu un randament apropiat de cel al platinei.

 

Acum, echipa de cercetare încearcă să îmbunătățească noul catalizator. De exemplu, vor să aducă metalul la dimensiuni mici, la scară nano, pentru a cataliza mai eficient reacția.

 

Alte inițiative includ integrarea acestuia în prototipuri pentru viitoarele sisteme de stocare a energiei. Ideea ar fi utilizarea electrolizei apei pentru a stoca energia solară în timpul zilei, sub formă de hidrogen pur și apoi, pe timp de noapte,  să recombine hidrogenul și oxigenul în apă, care produce energie electrică în tot acest proces.

 

Jaramillo a menționat că rezultatele experimentului și lucrarea științifică prealabilă pot fi puse în aplicare în strategiile energetice ecologice, însă ele sunt bazate pe idei împrumutate din industria petrochimică.

 

“Este interesant să facem astfel de conexiuni între aceste domenii total diferite”, încheie profesorul.

 

sursa: Roxana Muntean