Forskere finder en billigere måde at lave brintenergi ud af vand

Brintdrevne biler kan snart blive mere end blot en nyhed, efter at et UNSW-ledet hold af forskere har demonstreret en meget billigere og bæredygtig måde at skabe den brint, der kræves for at drive dem.

I forskning offentliggjort i Naturkommunikation for nylig, videnskabsmænd fra UNSW Sydney, Griffith University og Swinburne University of Technology viste, at opfangning af brint ved at spalte det fra ilt i vand kan opnås ved at bruge billige metaller som jern og nikkel som katalysatorer, som fremskynder denne kemiske reaktion, mens de kræver mindre energi.

Jern og nikkel, som findes i overflod på jorden, ville erstatte ædle metaller ruthenium, platin og iridium, der hidtil er blevet betragtet som benchmark-katalysatorer i 'vandspaltning'-processen.

UNSW School of Chemistrys professor Chuan Zhao siger i vandopdeling, to elektroder påfører vand en elektrisk ladning, som gør det muligt at spalte brint fra ilt og bruges som energi i en brændselscelle.

"Det, vi gør, er at belægge elektroderne med vores katalysator for at reducere energiforbruget, " siger han. "På denne katalysator er der en lille grænseflade på nanoskala, hvor jern og nikkel mødes på atomniveau, som bliver et aktivt sted til spaltning af vand. Det er her brint kan spaltes fra ilt og opsamles som brændstof, og ilten kan frigives som et miljøvenligt affald."

I 2015 Prof Zhaos team opfandt en nikkel-jernelektrode til iltgenerering med en rekordhøj effektivitet. Imidlertid, Prof Zhao siger, at på egen hånd, jern og nikkel er ikke gode katalysatorer for brintgenerering, men hvor de slutter sig til nanoskalaen er "hvor magien sker."

"Grænsefladen i nanoskala ændrer fundamentalt disse materialers egenskaber, " siger han. "Vores resultater viser, at nikkel-jern-katalysatoren kan være lige så aktiv som platin-katalysatoren til brintgenerering.

"En yderligere fordel er, at vores nikkel-jernelektrode kan katalysere både brint- og iltgenereringen, så ikke kun kunne vi reducere produktionsomkostningerne ved at bruge jordrige elementer, men også omkostningerne ved at fremstille en katalysator i stedet for to."

Et hurtigt blik på dagens metalpriser viser, hvorfor dette kunne være den gamechanger, der er nødvendig for at fremskynde overgangen til den såkaldte brintøkonomi. Jern og nikkel er prissat til $0,13 og $19,65 per kilogram. Derimod ruthenium, platin og iridium er prissat til $11,77, 42,13 USD og 69,58 USD pr. gram – med andre ord, tusindvis af gange dyrere.

"I øjeblikket i vores fossile brændstoføkonomi, vi har dette enorme incitament til at flytte til en brintøkonomi, så vi kan bruge brint som en ren energibærer, der er rigelig på Jorden, " siger prof Zhao.

"Vi har talt om brintøkonomien i evigheder, men denne gang ser det ud til, at det virkelig kommer."

Prof Zhao siger, at hvis vandspaltningsteknologien udvikles yderligere, der kunne en dag være brinttankstationer ligesom tankstationer i dag, hvor du kan gå og fylde din brintbrændselscellebil op med brintgas produceret af denne vandspaltningsreaktion. Tankningen kunne ske i løbet af få minutter sammenlignet med timer i tilfælde af lithium-batteridrevne elbiler.

"Vi håber, at vores forskning kan bruges af stationer som disse til at lave deres egen brint ved hjælp af bæredygtige kilder såsom vand, solenergi og disse lave omkostninger, dog effektiv, katalysatorer."