Νέος καταλύτης ίσως ανοίγει το δρόμο στην οικονομία του υδρογόνου

Το πρόβλημα με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι ότι δεν προσφέρουν αδιάλειπτη παροχή ενέργειας: οι ανεμογεννήτριες σταματούν να γυρίζουν όταν δεν φυσάει, τα φωτοβολταϊκά συστήματα δεν παράγουν ρεύμα όταν έχει συννεφιά.

Μια λύση που έχει προταθεί για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα είναι η χρήση των ΑΠΕ για την ηλεκτρόλυση του νερού και την παραγωγή μοριακού υδρογόνου. Το αέριο μπορεί να αποθηκευτεί και να χρησιμοποιηθεί είτε άμεσα ως καύσιμο, για παράδειγμα σε οχήματα που κινούνται με κυψέλες υδρογόνου, είτε για να παραχθεί εκ νέου ηλεκτρική ενέργεια όταν οι ΑΠΕ σταματούν να λειτουργούν.

Το πρόβλημα είναι ότι η ηλεκτρόλυση του νερού είναι μια ενεργοβόρα διαδικασία που βασίζεται σε καταλύτες, οι οποίοι δεν είναι αρκετά αποδοτικοί για να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλη κλίμακα.

Ένας νέος καταλύτης που αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ δείχνει τώρα να αυξάνει την απόδοση και ταυτόχρονα να απλοποιεί τη διαδικασία.

Ο νέος καταλύτης αποτελείται από άτομα κοβαλτίου ενσωματωμένα στα νανοράβδους από διοξείδιο του τιτανίου, αναφέρουν στο Nature Catalysis ερευνητές του Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια, του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech), του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley, του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne και του Εθνικού Εργαστηρίου Brookhaven.

Το πλεονέκτημα του νέου καταλύτη είναι ότι προσφέρει μια από τις υψηλότερες επιδόσεις που έχουν επιτευχθεί ως σήμερα και επιπλέον βασίζεται σε φθηνά υλικά που υπάρχουν σε αφθονία, σε αντίθεση με άλλους καταλύτες που βασίζονται σε ακριβά μέταλλα όπως το ιρίδιο ή το ρουθήνιο.

«Η νέα διαδικασία αφορά τη δημιουργία καταλυτικών θέσεων ατομικής κλίμακας στην επιφάνεια νανοκρυστάλλων διοξειδίου του τιτανίου, μια τεχνική που δίνει ένα ανθεκτικό καταλυτικό υλικό το οποίο είναι καλύτερο στην πρόκληση της αντίδρασης εξέλιξης οξυγόνου» λέει ο Σεν Ζανγκ του Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια, αναφερόμενος στην βασική αντίδραση της ηλεκτρόλυσης.

«Νέες προσεγγίσεις στη δημιουργία καταλυτών της αντίδρασης εξέλιξης οξυγόνου, σε συνδυασμό με την κατανόησή τους σε θεμελιώδες επίπεδο, αποτελούν το κλειδί για την πιθανή μετάβαση στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας» σχολιάζει ο Ζανγκ, συνεπικεφαλής της μελέτης.

Ο νέος καταλύτης αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια, ενώ το Caltech πραγματοποίησε κβαντικές προσομοιώσεις με τις οποίες υπολογίστηκε με σχετική ακρίβεια ο ρυθμός διάσπασης των μορίων νερού. Το νέο υλικό εξετάστηκε επίσης με το σύγχροτρο των εθνικών εργαστηρίων Argonne και Lawrence Berkley, ένα γιγάντιο όργανο που εξετάζει τη μικροσκοπική δομή υλικών βομβαρδίζοντάς τα με ακτίνες Χ.

Χάρη σε αυτές τις πειραματικές προσεγγίσεις, οι ερευνητές μπόρεσαν να διαπιστώσουν ότι ο καταλύτης έχει σαφή δομή σε ατομικό επίπεδο, η οποία επιτρέπει την πρόβλεψη της απόδοσής του στην αντίδραση της ηλεκτρόλυσης.

Όπως σχολιάζει ο Ουίλιαμ Γκόνταρντ του Caltech, μέλος της ερευνητικής ομάδας, η μελέτη «προσφέρει την πρώτη πειραματική επιβεβαίωση των νέων θεωρητικών μεθόδων μας, τις οποίες μπορούμε τώρα να χρησιμοποιήσουμε για να προβλέψουμε τη δομή ακόμα κακύτερων καταλυτών. Πρόκειται για μείζον ορόσημο στην προσπάθεια για καθαρές πηγές ενέργειας».