La crisi climàtica requereix augmentar l'ús de fonts d'energia renovables com és la solar i l'eòlica, però donada la seva naturalesa de disponibilitat variable, l'emmagatzematge d'energia esdevé necessari.
L'hidrogen, especialment l'hidrogen verd aconseguit des de font de generació sense carboni, s'ha convertit en una prometedora opció per fer possible el transport amb energia neta i també una alternativa per l'emmagatzematge d'energies renovables com la solar i l'eòlica. Si be és cert que la seva combustió no provoca emissions de carboni a l'atmosfera, actualment és costós i complex per obtenir-lo.
Una manera de produir hidrogen verd és mitjançant la divisió electroquímica de l'aigua. Aquest procés consisteix a fer passar l'electricitat a través de l'aigua en presència de catalitzadors (substàncies que milloren la reacció) per produir hidrogen i oxigen.
Els investigadors de l'Institut de Tecnologia de Geòrgia i l'Institut d'Investigació Tecnològica de Geòrgia (GTRI) han desenvolupat un nou procés que maximitza l'eficiència de la producció d'hidrogen verd, convertint-lo en una opció assequible i accessible per al sector industrial que vol passar-se al consum de hidrogen verd. per fer possible l'emmagatzematge d'energia renovable en lloc de la producció convencional d'hidrogen que emet carboni a partir del gas natural.
Recentment, experts climàtics acorden que l'hidrogen serà fonamental perquè els principals sectors industrials del món assoleixin els seus objectius de zero emissions. S'espera substituir el gas natural i el carbó, que actualment s'utilitzen per emmagatzemar energia elèctrica a la xarxa, per hidrogen verd perquè no contribueix a les emissions de carboni, cosa que el converteix en un mitjà més respectuós amb el medi ambient per emmagatzemar electricitat renovable. El focus de la seva investigació és l'electròlisi, o el procés d'utilitzar l'electricitat per dividir l'aigua en hidrogen i oxigen.
Materials menys costosos i més duradors
També es preveu, que l'hidrogen verd sigui menys costós i més durador mitjançant materials híbrids per a l'electro-catalitzador. Avui, el procés es basa en components de metalls nobles cars com el platí i l'iridi, els catalitzadors preferits per produir hidrogen mitjançant electròlisi a gran escala. Aquests elements són cars, cosa que no ajuda a fer possible substituir el gas per energia basada en hidrogen. De fet, l'hidrogen verd va representar menys de l'1% de la producció anual d'hidrogen del 2020, en gran part a causa d'aquesta despesa, segons la firma d'investigació de mercat Wood Mackenzie.
Aquesta nova proposta, disminuirà l'ús d'aquests metalls nobles, augmentant la seva activitat i les opcions d'utilització. En una investigació publicada a les revistes Applied Catalysis B: Environmental and Energy & Environmental Science, es van destacar les interaccions entre les nanopartícules metàl·liques i l'òxid metàl·lic per donar suport al disseny de catalitzadors híbrids d'alt rendiment.
Es van dissenyar una nova classe de catalitzador on es va trobar un millor substrat d'òxid que utilitza menys elements nobles. Aquests catalitzadors híbrids van mostrar un rendiment superior tant per a l'oxigen com per a l'hidrogen (divisió).
Anàlisi a escala nanomètrica
Si s'utilitzen els raigs X, es pot controlar els canvis estructurals del catalitzador durant el procés de divisió de l'aigua, a escala nanomètrica. Això permet investigar el seu estat d'oxidació o configuracions atòmiques en condicions de funcionament.
Per tant es podria reduir la barrera del cost de l'equip utilitzat en la producció d'hidrogen verd. A més de desenvolupar catalitzadors híbrids, s'ha perfeccionat la capacitat de controlar la forma dels catalitzadors així com la interacció dels metalls. Les prioritats clau van ser reduir l'ús del catalitzador al sistema i, al mateix temps, augmentar la seva durabilitat, ja que el catalitzador representa una part important del cost de l'equip.
Es vol utilitzar aquest catalitzador durant molt de temps sense degradar-ne el rendiment, per això, cal entendre la mecànica de la reacció que hi ha darrere. Es preveu que aquest nou desenvolupament ajudarà a donar suport a la comprensió fonamental de la reacció de divisió de l'aigua en els catalitzadors.
La forma del catalitzador importa
La forma del catalitzador en la producció d'hidrogen basat en l'estructura superficial del catalitzador és molt important per determinar si és òptim per a la producció d'hidrogen. És per això que s'intenta controlar la forma del catalitzador així com la interacció entre els metalls i el material del substrat.
Algunes de les aplicacions que primer es poden beneficiar serien les estacions d'hidrogen per a vehicles elèctrics de pila de combustible, que avui només operen a l'estat de Califòrnia, i les microxarxes, un nou enfocament comunitari per dissenyar i operar xarxes elèctriques que depenen de garantia del subministrament.
Font: Myeongjin Kim et al, Comprensió de les interaccions sinèrgiques metall-òxid de nanopartícules metàl·liques dissoltes in situ sobre un suport d'òxid de piroclor per millorar la divisió de l'aigua, Energy & Environmental Science (2020). DOI: 10.1039/d0ee02935a
Myeongjin Kim et al, El paper dels passos superficials en l'activació dels llocs d'oxigen superficial en nanocristalls d'Ir per a la reacció d'evolució d'oxigen en medis àcids, catàlisi aplicada B: ambiental (2021). DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120834
Informació de la revista: Applied Catalysis B: Environmental , Energy and Environmental Science
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada