تولید هیدروژن از آب دریا: کاتالیزور کم هزینه می تواند مصرف انرژی را کاهش دهد و در برابر خوردگی مقاومت کند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان می‌گویند با استفاده از طیف وسیعی از تکنیک‌های پیشرفته توصیف، روش جدیدی با پتانسیل تولید هیدروژن از آب دریا با استفاده از فرآیندی که به انرژی کمتری نیاز دارد، در برابر خوردگی مقاوم است و می‌تواند از تولید هیدروژن اقتصادی‌تر پشتیبانی کند، توسعه داده‌اند.

این مطالعه که در مجله Chemical Communications منتشر شده است، استفاده از یک کاتالیزور جدید برای تولید هیدروژن را توصیف می کند. کاتالیزور از سه ماده تشکیل شده است: هیدروکسید نیکل، اکسید سریم و فسفات. اجزای کاتالیزور در طبیعت به وفور در دسترس هستند و تهیه آنها نسبتا ارزان است.

یکی از امیدوارکننده‌ترین راه‌ها برای تولید سوخت هیدروژن پاک، الکترولیز آب است که برق را از طریق آب می‌گذراند تا آن را به هیدروژن و اکسیژن تقسیم کند. در حال حاضر، این فرآیند معمولا با استفاده از آب خالص و تصفیه شده انجام می شود که گران و در بسیاری از نقاط جهان کمیاب است. آب دریا فراوان و به آسانی در دسترس است، بنابراین دانشمندان مدت هاست که می خواهند از آن به طور مستقیم برای تولید هیدروژن استفاده کنند.

با این حال، آب دریا حاوی مقادیر زیادی یون کلرید (نمک محلول) است. این یون‌ها دو چالش عمده ایجاد می‌کنند: آنها کاتالیزورهای فلزی را که منجر به واکنش می‌شوند، خورده و تجزیه می‌کنند و با واکنش تکامل اکسیژن مورد نظر رقابت می‌کنند.

دکتر تنویر اول حق، استادیار شیمی در دانشگاه شارجه و یکی از نویسندگان این مقاله، توضیح داد: «به جای تولید اکسیژن پاک، این واکنش می تواند کلر سمی و محصولات جانبی مرتبط تولید کند. بنابراین، چالش فقط این نیست که آیا می‌توانیم آب دریا را تقسیم کنیم؟ این "آیا ما می توانیم این کار را انتخابی و بادوام انجام دهیم، بدون اینکه نمک کاتالیزور را خراب کند یا واکنش را ربوده کند؟"

بر اساس این مطالعه، سیستم کاتالیزور جدید برای کار کردن به انرژی کمتری نیاز دارد، برای واکنش مورد نظر انتخابی تر است و به مراتب کمتر از نسخه های فاقد اکسید سریم یا فسفات خورده می شود.

نویسندگان همچنین دوام را به روش خود نسبت می‌دهند و معتقدند که این روش برای دوره‌های طولانی‌تری در شرایط عملیاتی واقعی نسبت به مدل‌های قبلی مؤثر باقی می‌ماند.

Ul Haq خاطرنشان کرد: در یک تست استرس، به طور مداوم در خروجی بالا به مدت حدود 80 ساعت در آب دریا شبیه سازی شده بدون شکستگی یا از دست دادن عملکرد - نشانه خوبی از دوام عملی است، نه فقط یک نتیجه آزمایشگاهی.

علاوه بر این، او خاطرنشان کرد که این ماده نانوساختارهای هرمی شکل کوچک و متراکم تشکیل می‌دهد که به کاتالیزور سطح فعال بسیار بزرگ‌تری نسبت به هیدروکسید نیکل ساده می‌دهد، یعنی مکان‌های بیشتری که واکنش می‌تواند رخ دهد.

نویسندگان کاتالیزوری را نشان می‌دهند که به طور مؤثر و بادوام مستقیما در آب دریا کار می‌کند، که تقریبا 97 درصد از آب سیاره را تشکیل می‌دهد.

اول حق تأکید کرد: «این نوع تحقیقات یکی از تنگناهای عملی را که بین «هیدروژن سبز از نظر نظری عالی است» و «هیدروژن سبز چیزی است که می‌توانیم در مقیاس، در همه جا و ارزان بسازیم» را از بین می‌برد. "این هنوز یک محصول تجاری نهایی نیست، اما یک گام محکم و مستند در این مسیر است."

نتیجه دیگر، به گفته نویسندگان، این است که تکنیک آنها برای کار کردن به سوخت های فسیلی متکی نیست. آنها آن را به عنوان تلاشی برای سبز کردن کل عملیات توصیف می کنند، تولید هیدروژن با برق تجدید پذیر به روشی که هم مقرون به صرفه و هم مقیاس پذیر باشد.

امروزه هیدروژن به طور گسترده ای به عنوان یکی از اجزای کلیدی کربن زدایی صنایعی که برق رسانی مستقیم آنها دشوار است، مانند فولادسازی، کشتیرانی و کامیون های سنگین دیده می شود. با این حال، بیشتر هیدروژن در حال حاضر یا از طریق فرآیندهای مبتنی بر سوخت فسیلی یا از طریق فرآیندهایی که به آب تمیز نسبتا کمیاب و غیر قابل دسترس وابسته است، تولید می‌شود.

الحق در پاسخ به سوالی درباره مزایای بالقوه برای صنایع انرژی های تجدیدپذیر گفت که یکی از مستقیم ترین بازده روش آنها مقرون به صرفه بودن و سادگی است.

وی افزود: «اگر کاتالیست‌هایی مانند این بتوانند به‌جای آب تصفیه‌شده روی آب دریا تصفیه‌نشده یا کمی تصفیه‌شده کار کنند، هزینه‌های عمده و بار زیرساختی از تولید هیدروژن سبز برداشته می‌شود، بدون نیاز به نمک‌زدایی گران قیمت یا تصفیه آب فقط برای تغذیه الکترولیز». این به ویژه برای تاسیسات صنعتی ساحلی، کشورهای جزیره ای یا هر منطقه ای نزدیک به اقیانوس اما کمبود آب شیرین دارد."

کاتالیزور نویسندگان به ویژه مهم است زیرا صنعت تولید هیدروژن درگیر یک فشار هماهنگ به سمت کاتالیزورهای فلزی مقرون به صرفه و فراوان است. در حال حاضر، بسیاری از کاتالیزورهای شکافتن آب با عملکرد عالی به فلزات کمیاب و گران قیمت مانند پلاتین یا ایریدیوم متکی هستند.

نویسندگان از نیکل، یک ماده فراوان و ارزان استفاده می کنند. سریم که در دسترس است. و فسفات، یک جزء بسیار رایج و کم هزینه. اول حق این ترکیب را «بسیار واقعی‌تر برای تولید در مقیاس صنعتی» نسبت به بسیاری از جایگزین‌های دیگر که اکنون توسط صنعت استفاده می‌شود، توصیف کرد.

مزیت دیگر، به گفته نویسندگان، این است که فناوری آنها به طور قابل توجهی در برابر خوردگی در محیط های شور مقاوم است، در حالی که بسیاری از کاتالیزورهای موجود به سرعت در آب دریا واقعی تجزیه می شوند و آنها را از نظر تجاری غیرقابل دوام می کند.

علیرغم این مزایا، نویسندگان روشن می کنند که سیستم کاتالیزوری آنها به مدت 80 ساعت عملکرد پایداری را نشان داده است، که کمتر از آنچه یک کارخانه در مقیاس تجاری در نهایت نیاز دارد، است.

الحق نتیجه گرفت: «با این وجود، این یک سیگنال اولیه معنادار است که استراتژی مقاومت در برابر خوردگی در شرایط واقعی و شور و نه صرفا در تئوری پایدار است.

سعدیه لیاخات علی و همکاران، جفت کردن مدولاسیون الکترونیکی با شیمی اکسانیون برای الکترولیز آب دریا مقاوم به کلرید، ارتباطات شیمیایی (2026). DOI: 10.1039/d6cc02785g

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →