Будущее, работающее на безуглеродном топливе, зависит от нашей способности использовать и хранить энергию из возобновляемых, но непостоянных источников, таких как солнце и ветер. Теперь новый катализатор, разработанный в Инженерном университете Торонто, дает толчок ряду экологически чистых энергетических технологий, основанных на производстве водорода из воды.
Помимо того, что водород является ключевым ингредиентом во всем, от топлива до удобрений, водород обладает большим потенциалом в качестве носителя энергии. Идея заключалась бы в том, чтобы использовать возобновляемую электроэнергию для производства водорода из воды, а затем обратить процесс в электрохимический топливный элемент, что привело бы к чистой энергии по требованию.
«Водород является чрезвычайно важным промышленным сырьем, но, к сожалению, сегодня он в основном производится из ископаемого топлива, что приводит к большому углеродному следу», - говорит профессор Тед Сарджент, старший автор статьи в Nature Energy, в которой описывается новая катализатор. «Электролиз - разделение воды для получения возобновляемого водорода и кислорода - интересная технология, но она требует дальнейшего повышения эффективности, стоимости и долговечности. Эта работа предлагает новую стратегию для достижения этих критически важных целей».
Лаборатория Сарджента входит в число нескольких исследовательских групп по всему миру, стремящихся создать катализаторы, снижающие количество электроэнергии, необходимой для расщепления воды на водород и кислород. В настоящее время самые эффективные катализаторы основаны на платине, дорогом материале, и работают в кислых условиях.
«Наш новый катализатор сделан из меди, никеля и хрома, которые более распространены и менее дороги, чем платина», - говорит Цао-Тханг Динь, соавтор статьи вместе со своими коллегами-исследователями. Пелайо Гарсия Де Аркер и Анкит Джейн.«Но что самое интересное, так это то, что он хорошо работает в условиях нейтрального pH, что открывает ряд возможностей».
Морская вода - самый богатый источник воды на земле, отмечает Динь. Но использование морской воды с традиционными катализаторами в кислых условиях потребует сначала удаления соли, что является энергоемким процессом. Работа при нейтральном pH позволяет избежать высоких затрат на опреснение.
Это также может позволить использовать микроорганизмы для производства химикатов, таких как метанол и этанол. «Существуют бактерии, которые могут комбинировать водород и CO2 для получения углеводородного топлива», - говорит Гарсия Де Аркер. «Они могут расти в той же воде и поглощать водород по мере его образования, но они не могут выжить в кислых условиях».
Использование возобновляемых источников энергии для преобразования отходов CO2 в топливо или другие продукты с добавленной стоимостью является целью NRG COSIA Carbon XPrize. Команда из лаборатории Сарджента входит в пятерку финалистов международного конкурса, борющегося за главный приз в размере 7,5 миллионов долларов США.