Fremskridt i vandspaltningen lover vedvarende energi til en overkommelig pris

Et gennembrud i at spalte vand i dets dele kan hjælpe med at få vedvarende energi til at betale sig, selv når solen ikke skinner og vinden ikke blæser.

Brug af sol- og vindenergi, når det er tilgængeligt til vandopdeling, en proces, der bruger elektricitet til at opdele H ₂ O til brint og ilt, tilbyder en måde at lagre energi i form af brintbrændstof.

I øjeblikket er det mest populære system, der bruges til vandopdeling, eller vandelektrolyse, er afhængig af ædle metaller som katalysatorer, men et samarbejdende forskerhold, herunder videnskabsmænd fra Los Alamos National Laboratory og Washington State University, har udviklet et system, der bruger billigere og mere rigelige materialer. De beskriver fremskridtet i et papir, der blev offentliggjort i Naturenergi den 9. marts.

"Det nuværende vandelektrolysesystem anvender en meget dyr katalysator. I vores system, vi bruger en nikkel-jernbaseret katalysator, hvilket er meget billigere, men ydelsen er sammenlignelig, " sagde Yu Seung Kim, en forsker ved Los Alamos National Laboratory og tilsvarende forfatter på papiret.

Det meste vandspaltning i dag udføres ved hjælp af et stykke udstyr kaldet en protonudvekslingsmembran vandelektrolysator, som genererer brint med høj produktionshastighed. Det er dyrt, og virker under meget sure forhold, kræver ædelmetalkatalysatorer som platin og iridium samt korrosionsbestandige metalplader lavet af titanium.

Forskerholdet arbejdede på at løse dette problem ved at spalte vand under alkalisk, eller grundlæggende, betingelser med en anionbyttermembranelektrolysator. Denne type elektrolysator behøver ikke en katalysator baseret på ædle metaller. Faktisk, et hold ledet af Yuehe Lin, professor ved WSU's School of Mechanical and Materials Engineering, skabt en katalysator baseret på nikkel og jern, elementer, der er billigere og mere rigelige i miljøet.

Lins team delte deres udvikling med Kim i Los Alamos, hvis team igen udviklede elektrodebinderen til at bruge sammen med katalysatoren. Elektrodebindemidlet er en hydroxidledende polymer, der binder katalysatorer og giver et miljø med højt pH -værdi til hurtige elektrokemiske reaktioner.

Kombinationen af ​​det Los Alamos-udviklede elektrodebindemiddel og WSU's katalysator øgede brintproduktionshastigheden til næsten ti gange hastigheden af ​​tidligere anionbyttermembranelektrolysatorer, hvilket gør den sammenlignelig med den dyrere protonudvekslingsmembranelektrolysator.

Der produceres i øjeblikket omkring 10 millioner tons brint i USA hvert år, mest ved at bruge naturgas i en proces kaldet naturgasreformering, ifølge det amerikanske energiministerium. Brint produceret fra en vandspaltningsproces, der drives af elektricitet fra vedvarende energi, har mange økonomiske og miljømæssige fordele, sagde Lin.

"Vandspaltning er en ren teknologi, men du har brug for elektricitet for at gøre det, " sagde Lin, som også er en tilsvarende forfatter på papiret. "Nu har vi en masse vedvarende energi, vind- og solenergi, men det er intermitterende. For eksempel, om natten kan vi ikke bruge solenergi, men hvis i løbet af dagen, vi kan bruge ekstra energi på at omdanne det til noget andet, som brint, det er meget lovende."

Det globale marked for brintproduktion forventes at nå op på 199,1 milliarder dollars i 2023. Potentielle markeder for brintenergi omfatter alt fra masseenergikonvertering og elnetstyring til brændselsceller til biler. Lin anslår, at der er cirka 600 vindmølleparker i USA klar til direkte forbindelser til vandelektrolysesystemer.