لقد تم تطوير تكنولوجيا متقدمة تمكن من إنتاج الهيدروجين الأخضر بطريقة أكثر فعالية من حيث التكلفة وصديقة للبيئة، مما يجعلنا أقرب إلى مجتمع محايد للكربون من خلال استبدال المحفزات المعدنية الثمينة باهظة الثمن.
بقيادة البروفيسور جونجكي ريو في كلية الطاقة والهندسة الكيميائية في جامعة UNIST والبروفيسور دونج هوا سيو من قسم علوم وهندسة المواد في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا، نجح فريق بحث مشترك في تطوير محفز ثنائي الوظيفة للتحليل الكهربائي للمياه من أجل كفاءة عالية وإنتاج مستقر للهيدروجين الأخضر عالي النقاء.
يُظهر المحفز المطور حديثًا متانة استثنائية حتى في البيئات الحمضية شديدة التآكل، من خلال استخدام الروثينيوم والسيليكون والتنغستن (RuSiW)، يكون المحفز أكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنة بالمحفزات التقليدية البلاتينية (Pt) أو الإيريديوم (Ir) علاوة على ذلك، فإنها تنبعث منها كميات أقل بكثير من الغازات الدفيئة، مما يجعلها بديلاً صديقًا للبيئة.
التحليل الكهربائي للمياه هو تقنية متطورة تنتج الهيدروجين من خلال عملية التحليل الكهربائي للمياه.
وتعتبر تقنية أساسية لتحقيق مجتمع محايد للكربون حيث أنها تمكن من إنتاج الهيدروجين الصديق للبيئة دون انبعاثات كربونية.
بدائل لمحفزات المعادن الثمينة
وركز فريق البحث الذي تم نشره في مجلة المواد المتقدمة ، على إيجاد بدائل لمحفزات المعادن الثمينة مثل البلاتين والإيريديوم، والتي تظهر الاستقرار في الظروف الحمضية.
اكتسب الروثينيوم الاهتمام باعتباره معدنًا صديقًا للبيئة نظرًا لتكلفة إنتاجه المنخفضة نسبيًا وانخفاض انبعاثات الغازات الدفيئة بشكل كبير مقارنة بالبلاتين والإيريديوم.
ومع ذلك، فقد واجه تحديات في التسويق بسبب انخفاض نشاطه التحفيزي مقارنة بالبلاتين وانخفاض الاستقرار مقارنة بالإيريديوم.
للتغلب على هذه القيود، قام فريق البحث بتطوير محفز يعتمد على الروثينيوم والسيليكون والتنغستن.
من خلال تعزيز وظيفة محفز الروثينيوم، الذي يتمتع بثبات أقل في كل من تفاعل تطور الهيدروجين (HER) وتفاعل تطور الأكسجين (OER)، أظهر الفريق إمكانات المحفز باعتباره محفزًا ثنائي الوظيفة.
نشاطًا أعلى في تفاعل تطور الهيدروجين
يتميز المحفز المطور ببنية مشبعة بالتنغستن والسيليكون حول ذرة الروثينيوم، تم تعزيز قدرة تسريع تفاعل المحفز عن طريق زيادة شدة امتزاز البروتونات على سطح المحفز.
يُظهر نشاطًا أعلى في تفاعل تطور الهيدروجين مقارنة بمحفزات البلاتين المتاحة تجاريًا، بالإضافة إلى ذلك، يحمي فيلم التنغستن الرقيق بسمك 5 ~ 10 نانومتر الموقع التحفيزي للروثنيوم، وبالتالي تحسين استقراره.
استبدال البلاتين والإيريديوم
أجرى فريق البحث تجربة استقرار على المحفز، باستخدام إلكتروليت حمضي (بدرجة حموضة 0.3)، حقنوا تيارًا مقداره 10 مللي أمبير في قطب كهربائي مساحته 1 سم 2، أظهر المحفز المطور أداءً مستقرًا حتى بعد التشغيل لأكثر من 100 ساعة.
صرح البروفيسور ريو، “إن تطوير هذا المحفز المكون من ثلاثة عناصر أمر مهم لأنه لديه القدرة على استبدال البلاتين والإيريديوم باهظ الثمن في وقت واحد.
ومن المتوقع أن يتم تطبيقه على أنظمة إنتاج الهيدروجين الأخضر عالي النقاء، مثل المحللات الكهربائية PEM، حيث أنه يمكن تصنيعه بسهولة وثبات حتى في الظروف الحمضية شديدة التآكل.”
