Kategóriák Tech

Egy új katalizátorral 20-szor hatékonyabb a hidrogén eltárolása

A kémiai reakciók gyorsításához az ipar több területén katalizátorokat használ, viszont a legtöbb katalizátor platinát tartalmaz, ami egy igen drága és korlátozottan rendelkezésre álló fém. Most a holland Eindhoven Technológiai Egyetem csapata kínai, szingapúri és japán kutatókkal kiegészülve egy olyan nikkel-platina ötvözet alkotta üreges nanoketrec katalizátort fejlesztett ki, aminek aktivitása a hagyományos hússzorosa.

A kutatók szerint a katalizátor segítségével létrehozható nagyjából hűtő méretű 10 megawattos elektrolizáló cella.

A holland kormány terve szerint az ország teljes energiaszükségleteit 2050-re fenntartható forrásokból – nap, szél, stb. – szeretné megoldani. Azonban mivel ezeknek a források csak időszakosan érhetőek el ezért rendkívül fontos a megtermelt energia elraktározása. A jelenlegi akkumulátorok alacsony energiasűrűségük miatt erre nem igazán alkalmasak és ezért a figyelem a kémiai kötésekre – ezen belül is a hidrogén gázra – irányult.

Ennél a folyamatnál egy elektrolizáló cella segítségével vízből elektromos energiával hidrogént hoznak létre. Ezt a hidrogént el lehet raktározni és később az energiaszükségletek függvényében egy üzemanyag cella segítségével elektromos áram termelésére használható. Mindkét cella megfelelő hatásfokú működéséhez katalizátorra van szükség.

A folyamatokhoz jelenleg nagyrészt platina alkotta katalizátorokat használnak, viszont a platina ára – annak instabilitásával – és korlátozott elérhetősége, miatt a széleskörű használata nem gazdaságos. Ezért most kifejlesztettek egy olyan platina és nikkel alkotta ötvözetet, ami megoldást jelenthet a problémára.

Az ötvözet kifejlesztéséhez a kutatók elektronmikroszkóppal végzett megfigyeléses eredmények alapján készítettek számítógépes modelleket. Ezeknek a modelleknek az adatait kvantum kémiai számításokkal egészítették ki így meghatározva a különböző összetételű ötvözetek katalizátorként való használatának hatásfokát.

A fémek és koncentrációjuk mellet szintén fontos tényező volt az anyag morfológiája, mivel a katalizátor megfelelő működéséhez az atomjainak kapcsolatba kell lépniük jelen esetben a víz vagy a hidrogén részecskékkel. Emiatt szerkezetileg a minél nagyobb felület kialakítása volt a cél, amit egy üreges nanoketreccel oldottak meg, aminek atomjait kívülről és belülről is el tudnak érni.

A modellek szerint ezzel ennek a két fontos tényezőnek az optimalizálásával egy olyan katalizátort kaptak, aminek aktivitása a jelenlegi platina katalizátorénál hússzor nagyobb.

Az elméleti munka eredményei nyomán a kutatók egy kísérleti üzemanyagcellát is elkészítettek, amivel igazolták az aktivitást. A celláknál viszont nem csak az aktivitás a mérvadó, hanem a katalizátor stabilitása is, ami az eredmények szerint szintén kiemelkedő az új katalizátornál – 50000 ciklus után csak elhanyagolhatóan csökkent az aktivitás.

A szakértők szerint az új katalizátorban hatalmas lehetőségek vannak a hidrogén tüzelésű járművektől kezdve a generátorokon át a tengerre kihelyezett szélerőművekig. Amíg az előállított hidrogén szállítását az elektromosságnál olcsóbban is meg tudják oldani.

A kutatók álmai még ennél is egy lépéssel tovább mennek és olyan városi közösségeket vizionálnak, ahol a házak tetején lévő napelemek gyűjtötte többletenergiát az adott területen helyben raktározzák el egy nagyobb elektrolizáló cellával és ezzel fedeznék a nap nélküli időszak energiaszükségleteit. A rendszer az elképzelések szerint a hidrogén elégetésével az épületek fűtésében is szerepet kaphat.

Azonban mindehhez még sok fejlesztésre és a cellák gyártásának felnagyítására is szükség lesz. Ebbe a kutatók különböző start-up-ok bevonását is tervezik majd.

Forrás: science.sciencemag.org

Megosztás

Legutóbbi tartalom

Hanggal és fénnyel együtt értek el hatalmas adatátviteli sebességet

Kutatók áttörést értek el a terahertz-es kvantum lézerek terén, melyekkel így már akár 100 Gbit/s-es adatátviteli sebességet is el tudtak…

2020-02-18

Megfelelő stimulációval is ‘felébreszthető’ az öntudat

Az idegtudomány egyik központi kérdése, hogy mi is az öntudat és hogy az agy mely részéből ered. Egy új kutatás…

2020-02-18

Már karnyújtásnyira van a fotoszintézis teljes megértése

A növények már több száz millió éve nyerik éltető energiájukat a napból, viszont az algák és a fotoszintetizáló baktériumok még…

2020-02-11

Az egyik eddigi legnagyobb rákkutató projekt megmutatja milyen mutációk állnak a betegségek mögött

Egy hatalmas nemzetközi tanulmány keretében rögzítik a rákos megbetegedések kiváltó okait, ezzel azt célozva, hogy olyan DNS hibákat tudjanak kimutatni,…

2020-02-11

A Föld keringési pályájának megváltozása is komoly szerepet játszott a tömeges kihalásokban

Egyre biztosabbak vagyunk benne, hogy a globális klímaváltozás mögött az emberi tevékenységek hatásai rejlenek és ezzel fokozatosan közelítünk a hatodik…

2020-02-11

Egyes darazsak képesek az arcfelismerésre

Egy darázs faj tagjai képesek megkülönböztetni társaikat az arcuk alapján. Ez a rovarok körében rendkívül ritka és a faj csoportos…

2020-02-03

Ez a weboldal cookie-kat használ.

Elolvasom