با این روش بر اساس توسعه تکنولوژی الکترولیز تولید هیدروژن مقرون‌به‌صرفه و سازگار با محیط‌زیست امکان‌پذیر می‌گردد.
مقدمه
روش های تولید هیدروژن برای استخراج گاز هیدروژن از منابع مختلف مانند گاز طبیعی، زغال سنگ، زیست توده و آب استفاده می شود. رایج ترین روش های تولید هیدروژن روش اصلاح متان بخار (SMR) و روش تغییر آب و گاز (WGS) است. فرایند SMR شامل واکنش بخار و متان برای تولید هیدروژن و دی اکسید کربن است. از سوی دیگر، روش WGS شامل تبدیل مونوکسید کربن و آب به هیدروژن و اکسیژن است. روش های جدیدتر مانند الکترولیز و فتولیز نیز در تولید هیدروژن محبوبیت پیدا می کنند. در ادامه پژوهشی که بر اساس تکنولوژی کاتالیزورهای ویژه عمل می‌کند آشنا خواهید شد.
پژوهش تولید سبز هیدروژن
این فناوری پیشرفته با تولید هیدروژن سبز را به شیوه‌ای مقرون‌به‌صرفه‌تر و سازگار با محیط‌زیست امکان‌پذیر می‌کند و با جایگزینی کاتالیزورهای گران‌قیمت از فلزات گران‌بها ما را به جامعه‌ای بدون کربن نزدیک می‌کند.
یک تیم تحقیقاتی مشترک به رهبری پروفسور جونگکی ریو در دانشکده انرژی و مهندسی شیمی در UNIST و پروفسور دونگ-هوا سئو از دپارتمان علوم و مهندسی مواد در KAIST، یک کاتالیزور الکترولیز آب دو‌منظوره را برای کارایی و راندمان بالا با موفقیت توسعه دادند و با این تکنیک تولید پایدار هیدروژن سبز با خلوص بالا را انجام داده‌اند.
نوع کاتالیزور
کاتالیزور جدید توسعه‌یافته دوام فوق‌العاده‌ای را حتی در محیط‌های اسیدی بسیار خورنده از خود نشان می‌دهد. با استفاده از روتنیوم، سیلیکون و تنگستن (RuSiW)، کاتالیزور در مقایسه با کاتالیزورهای پلاتین معمولی (Pt) یا ایریدیوم (Ir) مقرون‌به‌صرفه‌تر است. علاوه بر این، گازهای گلخانه‌ای به میزان قابل‌توجهی کمتری منتشر می‌کند که آن را به یک جایگزین سازگار با محیط‌زیست تبدیل می‌کند.
الکترولیز آب یک فناوری پیشرفته است که هیدروژن را از طریق فرایند الکترولیز آب تولید می‌کند. این یک فناوری کلیدی برای دستیابی به جامعه‌ای بدون کربن در نظر گرفته می‌شود؛ زیرا تولید هیدروژن سازگار با محیط‌زیست را بدون انتشار کربن امکان‌پذیر می‌کند.
تیم تحقیقاتی بر روی یافتن جایگزین‌هایی برای کاتالیزورهای فلزات گران‌بها مانند پلاتین و ایریدیوم که در شرایط اسیدی پایداری دارند، تمرکز کردند. روتنیوم به دلیل هزینه تولید نسبتاً پایین و انتشار گازهای گلخانه‌ای به میزان قابل‌توجهی در مقایسه با پلاتین و ایریدیوم به‌عنوان یک فلز دوستدار محیط‌زیست مورد توجه قرار گرفته است. بااین‌حال، به دلیل فعالیت کاتالیزوری کمتر در مقایسه با پلاتین و پایداری کمتر در مقایسه با ایریدیوم، امکان تجاری سازی آن را با مشکل روبرو کرده است.
برای غلبه بر این محدودیت‌ها، تیم تحقیقاتی کاتالیزوری مبتنی بر روتنیوم، سیلیکون و تنگستن ساختند. با تقویت عملکرد کاتالیزور روتنیم که پایداری کمتری در واکنش تکامل هیدروژن (HER) و واکنش تکامل اکسیژن (OER) دارد، تیم پتانسیل کاتالیزور را به‌عنوان یک کاتالیزور دو عملکردی نشان داد.
کاتالیزور توسعه‌یافته دارای ساختاری است که با تنگستن و سیلیکون در اطراف یک اتم روتنیم دوپ شده است. توانایی شتاب واکنش کاتالیزور با افزایش شدت جذب پروتون‌ها در سطح کاتالیزور افزایش یافت. در مقایسه با کاتالیزورهای پلاتین تجاری موجود، فعالیت بیشتری را در واکنش تکامل هیدروژن نشان می‌دهد. علاوه بر این، یک فیلم تنگستن نازک با ضخامت 5 تا 10 نانومتر از محل کاتالیزوری روتنیوم محافظت می‌کند و در نتیجه پایداری آن را بهبود می‌بخشد.
تیم تحقیقاتی یک آزمایش پایداری بر روی کاتالیزور انجام دادند. آنها با استفاده از یک الکترولیت اسیدی (با اسیدیته 0.3)، 10 میلی آمپر جریان را به الکترود یک سانتی متر مربعی تزریق کردند . کاتالیزور توسعه یافته حتی پس از بیش از 100 ساعت کارکرد، عملکرد پایداری را نشان داد.
اظهارات پروفسور ریو
توسعه این کاتالیزور سه عنصری قابل‌توجه است؛ زیرا پتانسیل جایگزینی هم‌زمان پلاتین و ایریدیوم گران‌قیمت را دارد. انتظار می‌رود که در سیستم‌های تولید هیدروژن سبز با خلوص بالا، مانند الکترولیزهای PEM، استفاده شود، زیرا می‌توان آن را به‌راحتی و به طور پایدار حتی در شرایط اسیدی بسیار خورنده سنتز کرد.
این تحقیق شامل همکاری دکتر داسوم جئون (دانشکده انرژی و مهندسی شیمی، UNIST)، دکتر دونگ یون کیم (بخش مهندسی مواد جدید، KAIST) و دکتر هیونگو کیم (دانشکده انرژی و مهندسی شیمی، UNIST) بود که به‌عنوان اولین نویسندگان شرکت کردند.
