Innovatív előrelépés a tiszta energia terén egy új fotokatalizátorral

A hidrogén, mint energiahordozó tiszta égésű és nagy energiasűrűségű üzemanyag. Használható üzemanyagcellákban, amelyek elektromos áramot termelnek, így alkalmazható járművek, házak és ipari folyamatok energiaellátására. Azonban a hidrogén kivonása nem egyszerű. Jelenleg a leggyakoribb módszer a földgázból történő kivonása, egy úgynevezett metángőz reformálás (steam methane reforming, SMR) nevű eljárással. Bár ez a módszer hatékony és gazdaságos, jelentős mennyiségű szén-dioxidot bocsát ki, ami hozzájárul a globális felmelegedéshez. A víz elektrolízisével történő hidrogéntermelés tisztább, de drága és rendkívül energiaigényes. Az Oregoni Állami Egyetem (OSU) kutatói egy rendkívül hatékony fotokatalizátort fejlesztettek ki, amely a napfényt és a vizet figyelemre méltó sebességgel képes hidrogénné alakítani. Ez az előrelépés egy életképes alternatívát kínál a hagyományos hidrogéngyártási módszerekkel szemben.

Egy ugrás a tiszta energia terén

A fotokatalizátor fém-szerves vázak (MOF-ok) és fém-oxidok újszerű kombinációját használja. Ezen anyagok kombinációjával katalizálják a víz gyors és hatékony hidrogénné történő hasadását, amikor napfénynek van kitéve. A speciális heteroatomos szerkezet, a MOF-okból származó ruténium-oxidot és a kénnel és nitrogénnel adalékolt titán-oxidot foglalja magába. A katalizátort RTTA1-nek nevezték el.

Példa nélküli hatékonyság

A kifejlesztett katalizátor rendkívüli képességét azzal mutatta meg, hogy grammonként több mint 10 700 mikromol hidrogént állított elő mindössze egy óra alatt és 10%-os hatékonysággal használta fel a napfényt. Ez azt jelenti, hogy minden 100 fotonból, amely az RTTA-1-et érte, 10 közvetlenül hozzájárult a hidrogén előállításához.

Az RTTA-1 figyelemre méltó aktivitása a fémoxidok tulajdonságainak és az alap MOF felületi tulajdonságainak szinergikus hatásának köszönhető, amelyek fokozzák az elektronátvitelt – magyarázta.

A hidrogén, mint energiahordozó egy tisztább alternatíva

A hidrogén katalitikus vízbontással történő előállítása sokkal környezetbarátabb, mint a hagyományos módszer, amely a földgázból metángőzzel történő reformálással nyer hidrogént. Az elektrokatalízissel történő hidrogéntermelés jelenlegi módszerei elektromos áramra támaszkodnak, amely ideális esetben megújuló energiából származik. Ahhoz azonban, hogy versenyképes legyen, a megújuló energia költségének alacsonynak kell lennie.

Jelenleg a metángőzzel történő reformálással előállított hidrogén kilogrammonként körülbelül 1,50 dollárba kerül, míg a megújuló energiával előállított zöld hidrogén kilogrammonként körülbelül 5 dollárba.

Gazdasági és gyakorlati megvalósíthatóság

“A víz bőséges hidrogénforrás, a fotokatalízis pedig módot kínál arra, hogy a Föld bőséges napenergiáját hidrogén előállítására használjuk fel. A ruténium-oxid nem olcsó, de a mi fotokatalizátorunkban felhasznált mennyiség minimális” – mondta Stylianou.

Ipari alkalmazások esetén, ha a katalizátor stabil és reprodukálható, akkor ennek a kis mennyiségű ruthénium-oxidnak a költsége kevésbé lesz fontos.

Az Oregoni Állami Egyetem által vezetett innováció monumentális lépést jelent a tiszta energiatermelésben. A nagy hatékonyságú fotokatalizátor kifejlesztésével új utakat nyitottak a fenntartható energiamegoldások előtt, hisz a hidrogén, mint energiahordozó tisztább, környezetbarátabb energianyerési lehetőség. Ez az áttörés nemcsak az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésére irányuló sürgető igényt elégíti ki, hanem a gazdaságilag életképes, nagyüzemi hidrogéngyártás útját is megnyitja.

Ez a cikk is érdekelhet: Üzemanyag a Napból: A fenntartható energia jövője napenergiával