Istraživači su razvili elektrokemijski postupak koji udvostručava ukupnu proizvodnju vodonika tako što anodnu reakciju zamenjuju oksidacijom organske molekule HMF uz modifikovani bakarni katalizator. Sistem radi pri približno 0,4 V nižem naponu (oko 1 V manje nego kod klasične elektrolize) i može smanjiti potrošnju energije do 40%. Kao dodatna vrednost javlja se nusproizvod HMFCA, ali su potrebni dalji radovi na smanjenju troškova HMF‑a i povećanju stabilnosti katalizatora pre industrijske primene.
Nova elektrokemijska metoda udvostručava proizvodnju vodonika i smanjuje potrošnju energije do 40%
A new method of splitting water molecules to produce hydrogen is highly efficient, and could offer a pathway to scalable hydrogen production. | Credit: Panaya Chittaratlert/Getty Images
Istraživači su razvili prilagođenu elektrolitičku metodu koja udvostručava ukupnu količinu proizvedenog vodonika tako što u anodnu reakciju uvodi oksidaciju organske molekule hidroksimetilfurfurala (HMF) uz upotrebu modifikovanog bakarnog katalizatora. Rad tima, objavljen 1. decembra u časopisu Chemical Engineering Journal, pokazuje da ova zamena reakcije evolucije kiseonika na anodi može značajno smanjiti potreban napon uređaja i skratiti potrošnju energije.
Kako metoda funkcioniše
Klasična elektroliza koristi dve elektrodele uronjene u rastvor i membranu koja deli komore. Na negativnoj elektrodi (katodi) se pri redukciji formira vodonik, a na pozitivnoj elektrodi (anodi) oksidacijom vode nastaje kiseonik. Tim iz McGill univerziteta je zamenio anodni proces oksidacijom HMF‑a: umesto stvaranja O2, na anodi se oksiduju aldehidne grupe HMF‑a do korisnog nusprodukta HMFCA, dok modifikovani bakarni katalizator (sa hromovim atomima u površinskom sloju) povećava brzinu i selektivnost reakcije.
Ključni rezultati
Eksperimenti su se odvijali u dvosistemskom ćelijskom podešavanju sa KOH rastvorima razdvojenim membranom. Reakcije su radile na približno 0,4 V nižem potencijalu u odnosu na konvencionalnu elektrolizu — razlika od oko 1 V — što istraživači procenjuju da može dovesti do smanjenja električne potrošnje do 40%. Kombinovanjem vodonika dobijenog oksidacijom HMF‑a na anodi i standardne reducijske proizvodnje vodonika na katodi, ukupna izlazna količina vodonika se približno udvostručuje.
Prednosti i ograničenja
Prednosti pristupa uključuju niži ćelijski napon, veći prinos vodonika i proizvodnju vrednog nusprodukta (HMFCA) koji može poslužiti kao sirovina za bioplastiku. HMF se može dobiti iz lignoceluloznih ostataka (papir, poljoprivredni otpad), što povećava održivost sistema. Glavni izazovi su trenutno visoka cena HMF‑a i potreba za daljim unaprеđenjem dugotrajne stabilnosti katalizatora kako bi sistem radio hiljadama sati u industrijskim uslovima.
Šta sledi
Autori napominju da ideja o zameni evolucije kiseonika organskom oksidacijom nije potpuno nova, ali da su postigli poboljšanja kroz bolji katalizator koji podiže brzinu proizvodnje. Potrebni su dalji radovi na smanjenju troškova reagensa, povećanju stabilnosti katalizatora i optimizaciji skale pre praktične primene u industriji.
Mark Symes (University of Glasgow), koji nije bio uključen u istraživanje, ističe: „Gde postoji višak niskovrednih organskih supstrata, njihova oksidacija u vrednije proizvode uz istovremenu proizvodnju vodonika može biti atraktivan i ekološki prihvatljiv pristup.”
Zaključak: Nova metoda obećava znatno veću energetsku efikasnost i dodatnu ekonomsku vrednost kroz nusproizvode, ali komercijalna primena zahteva rešenja za cenu HMF‑a i dugotrajnu izdržljivost katalizatora.
Pomozite nam da budemo bolji.
