Elektrolyse -gennembrud kunne løse brintproblemet

Brintgas er det perfekte grønne brændstof - det kan udvindes fra vand og er ikke-forurenende. Men selvom brint er det mest udbredte grundstof i universet, det forekommer ikke naturligt i store mængder som en gas på Jorden.

Hydrogengas er det perfekte grønne brændstof-det kan udvindes fra vand og er ikke forurenende. Men selvom brint er det mest forekommende element i universet, det forekommer ikke naturligt i store mængder som en gas på Jorden.

Kapløbet går for at finde billige, effektiv, ikke-forurenende måder at generere og lagre brint på. Det har længe været kendt, at en elektrisk strøm vil få elementerne af vand - brint og oxygen - til at splitte for at producere brint og oxygengasser i en proces kendt som elektrolyse. Denne proces kan også vendes for at generere elektricitet, når brint og oxygengasser interagerer i en brændselscelle (NASA har brugt brændselsceller til at drive satellitter og rumkapsler siden 1960'erne).

Indtil for nylig, omkostningerne ved elektricitet har været en vejspærring for at producere industrielle mængder af hydrogengas gennem elektrolyse. Men billige vedvarende elteknologier har fjernet denne barriere.

En anden hindring er, at effektiv spaltning af vand til brint- og oxygengasser har krævet sjældne og dyre metalkatalysatorer som platin og iridium. Iridium er et af de sjældneste og dyreste grundstoffer på Jorden - det bliver ofte båret hertil af meteoritter. Og selv de mest stabile iridium-baserede katalysatorer kan kun modstå elektrolyse i kort tid.

"Hvis du øger temperaturen under rindende vandelektrolyse, den iridium-baserede katalysator vil opløses, og du mister den, "forklarer Dr. Alexandr Simonov fra Monash School of Chemistry." Dette er det værste, der kan ske, at opløse noget, der koster hundredvis af dollars pr. gram. Det kan også gå ind i andre komponenter i din elektrolytiske enhed, at forurene dem og forhindre dem i at fungere korrekt."

De første vandelektrolysatorer brugte alkalisk vand, og dette er fortsat den traditionelle tilgang, Dr. Simonov siger. Men mere avanceret og effektiv teknologi bruger et surt miljø, ved hjælp af faststof-elektrolytter - desværre, katalysatorerne kan ikke modstå dette miljø i lang tid.

Dr. Simonov og medlemmer af hans forskerhold, herunder Dr. Manjunath Chatti og James Gardiner, har gjort en opdagelse med et enormt potentiale til at løse ustabilitetsproblemet, gør brintgenerering ved vandelektrolyse mere økonomisk rentabel.

"Vi erstatter iridium med grundstoffer, der er rigelige, billig, og fungerer på en mere stabil måde, "Dr. Simonov siger." Vi har demonstreret deres stabilitet under meget stærkt sure forhold og op til 80 ° C, som er en industrielt relevant temperatur. Vi opnåede absolut ingen forringelse. "

Dr. Simonov beskriver det system, han er ved at udvikle med sit team, som "selvhelbredende." Fordi alle metaller - selv iridium - opløses under elektrolyse, forskerne spekulerede på, om det opløste materiale kunne deponeres på elektroden under drift.

"Det viste sig, at det kan " siger han. "Vi har produceret en meget aktiv elektrodeoverflade baseret på rigelige metaller, som opretholder industrielt relevante vandspaltningshastigheder." Den høje temperatur og det stærkt sure miljø "gør vores seneste arbejde anderledes end stort set alle i videnskabelige verden, og bringer os tættere på industrianvendelse, " han siger.

Australian Renewable Energy Agency (ARENA) finansierer yderligere forskning, med det mål at producere større effektivitet og udvikle en skalerbar elektrodefremstillingsproces, velegnet til industrien. Dr. Simonov og hans team arbejder på at nå dette mål med Monash-kemiprofessor Douglas MacFarlane og samarbejdspartnere fra Australian National University, Professor Antonio Tricoli og professor Yun Liu.

Australien, med sin rigelige sol og vind, har potentiale til at blive en vedvarende energisupermagt. Ved at bruge elektrolyse, brintgas kunne skabes fra overskydende elektricitet produceret af store vedvarende elektricitetsprojekter. Dette brint kan bruges som brændstof i Australien og eksporteres til lande, der er sultne efter alternativer til fossile brændstoffer.

Brintbusser er nu på vej i Brasilien, og Sydkorea og Japan har allerede demonstreret et stærkt engagement i at indføre brintdrevne køretøjer og brint som deres vigtigste energibærer.

Føderale ressourceminister Matt Canavan underskrev i denne uge en hensigtserklæring med Sydkorea om at udvikle en brintplan inden årets udgang. signalerer den australske regerings hensigt om at udvide eksportpotentialet. Fremstødet falder sammen med udgivelsen af ​​en Geoscience Australia-rapport, der udpeger landet som en fremtidig "verdensleder" på området.

Men brintgas er meget brændbart, og transporten giver nogle udfordringer. En fremtidig mulighed er at konvertere gassen til ammoniak. Dette mål bliver også udforsket af Dr. Simonov og kolleger i Monash Ammoniak-projektet ledet af professor MacFarlane.

Dr. Simonov siger, at i mellemtiden, energileverandør AGL undersøger, hvordan elektrolyse -gennembruddet kan skaleres for at tilføre bæredygtigt produceret brint til naturgasledninger i Australien, som en måde at reducere kulstofemissioner. Brint bliver allerede brugt på denne måde på den nordlige halvkugle, Dr. Simonov siger. Et andet førende australsk firma, der viser stor interesse for brintteknologier, er Woodside, som har foretaget betydelige investeringer i Monash -forskning.

Dr. Simonov og professor MacFarlane samarbejder også med et spirende australsk firma, ANT Energy Solutions, som udvikler en bærbar brintelektrolysator med finansiering fra Cooperative Research Centres Program. En bærbar enhed kunne læsses på en lastbil og transporteres til hvor som helst billig vedvarende energi er tilgængelig, Dr. Simonov siger.