Find bedre måder at få brintbrændstof fra vand på

brint fra vand9 9

Med brintkraftværker i Californien, en ny japansk forbrugerbil og bærbare brintceller for elektronik er brint som en nulemissionsbrændstofkilde nu endelig ved at blive en realitet for gennemsnitsforbrugeren. Når det kombineres med ilt i nærværelse af en katalysatorfrigiver brint energi og binder med iltet til dannelse af vand.

to hovedvanskeligheder forhindrer os i at have brintkraft, alt hvad vi har, er opbevaring og produktion. I øjeblikket er brintproduktion energiintensiv og dyr. Normalt kræver industriel produktion af brint høje temperaturer, store faciliteter og en enorm mængde energi. Faktisk kommer det normalt fra fossile brændstoffer som naturgas - og er derfor ikke faktisk en nulemissionsbrændstofkilde. At gøre processen billigere, effektiv og bæredygtig ville gå langt i retning af at gøre brint til et mere almindeligt anvendt brændstof.

En fremragende - og rigelig - kilde til brint er vand. Men kemisk kræver det at vende reaktionen, hvor brint frigiver energi, når det kombineres med andre kemikalier. Det betyder, at vi er nødt til at lægge energi i en forbindelse for at få brintet ud. Maksimering af effektiviteten af ​​denne proces ville være betydelige fremskridt hen imod en fremtid med ren energi.

En metode involverer at blande vand med et nyttigt kemikalie, en katalysator, for at reducere den nødvendige mængde energi til at bryde forbindelserne mellem brint og iltatomer. Der er flere lovende katalysatorer til brintgenerering, herunder molybdensulfid, grafen og cadmiumsulfat. Min forskning fokuserer på at ændre molybdensulfids molekylære egenskaber for at gøre reaktionen endnu mere effektiv og mere effektiv.

Fremstilling af brint

Brint er det mest almindelige element i universet, men det er sjældent tilgængeligt som rent brint. Snarere kombineres det med andre elementer for at danne mange kemikalier og forbindelser, såsom organiske opløsningsmidler som methanol og proteiner i menneskekroppen. Dens rene form, H₂, kan bruges som et transportabelt og effektivt brændstof.

Der er flere måder at producere brint på at være anvendelig som brændstof. Elektrolyse bruger elektricitet til at opdele vand i brint og ilt. Dampmetanreformering starter med metan (fire hydrogenatomer bundet til et carbonatom) og opvarmer det og adskiller brintet fra kulstoffet. Denne energiintensive metode er normalt, hvordan industrier producerer brint, der bruges til ting som at producere ammoniak eller raffinering af olie.

Metoden jeg fokuserer på er fotokatalytisk vandopdeling. Med en katalysators hjælp kan den nødvendige mængde energi til at "opdele" vand i brint og ilt tilvejebringes af en anden rigelig ressource - lys. Når det udsættes for lys, producerer en ordentlig blanding af vand og en katalysator både ilt og brint. Dette er meget attraktivt for industrien, fordi det derefter giver os mulighed for at bruge vand som kilde til brint i stedet for snavsede fossile brændstoffer.

Forståelse af katalysatorer

Ligesom ikke hver anden person starter en samtale, hvis de er i samme elevator, forekommer nogle kemiske interaktioner ikke bare fordi de to materialer introduceres. Vandmolekyler kan opdeles i brint og ilt med tilsætning af energi, men den nødvendige mængde energi ville være mere end der ville genereres som et resultat af reaktionen.

Nogle gange tager det en tredjepart at få tingene i gang. I kemi kaldes det en katalysator. Kemisk sænker en katalysator den mængde energi, der er nødvendig for, at to forbindelser kan reagere. Nogle katalysatorer fungerer kun, når de udsættes for lys. Disse forbindelser, ligesom titandioxid, er kaldes fotokatalysatorer.

Med en fotokatalysator i blandingen falder den nødvendige energi til at opdele vand betydeligt, så indsatsen giver en energiforøgelse i slutningen af ​​processen. Vi kan gøre spaltningen endnu mere effektiv ved at tilføje et andet stof i en rolle kaldet co-katalysator. Co-katalysatorer i brintgenerering ændrer reaktionens elektroniske struktur, hvilket gør den mere effektiv til produktion af brint.


 Få det nyeste via e-mail

Ugeblad Daglig inspiration

Indtil videre er der ikke nogen kommercielle systemer til produktion af brint på denne måde. Dette skyldes delvis omkostninger. De bedste katalysatorer og co-katalysatorer, vi har fundet, er effektive til at hjælpe med den kemiske reaktion, men er meget dyre. For eksempel blev den første lovende kombination, titandioxid og platin, opdaget i 1972. Platin er imidlertid et meget dyrt metal (godt over US $ 1,000 pr. ounce). Selv rhenium, en anden nyttig katalysator, koster omkring $ 70 en ounce. Metaller som disse er så sjældne i jordskorpen, at dette gør dem ikke egnet til store applikationer selvom der er processer, der udvikles til genbrug disse materialer.

Find en ny katalysator

Der er mange krav til en god katalysator, såsom at kunne genbruges og at være i stand til at modstå varmen og trykket involveret i reaktionen. Men lige så afgørende er, hvor almindeligt materialet er, fordi de mest rigelige katalysatorer er de billigste.

Et af de nyeste og mest lovende materialer er molybdensulfid, MoS₂. Fordi det består af grundstofferne molybdæn og svovl - begge relativt almindelige på Jorden - er det langt billigere end mere traditionelle katalysatorer, godt under en dollar pr. ounce. Det har også de korrekte elektroniske egenskaber og andre attributter.

Før slutningen af ​​1990'erne, havde forskere fundet, at molybdensulfid ikke var særlig effektiv til at omdanne vand til brint. Men det var fordi forskere brugte tykke bidder af mineralet, i det væsentlige den form, det er i, når det udvindes fra jorden. I dag kan vi dog bruge processer som f.eks kemisk dampaflejring or løsningsbaserede processer at skabe meget tyndere krystaller af MoS₂ - selv ned til tykkelsen af ​​et enkelt molekyle - som er langt mere effektive til at udvinde brint fra vand.

Gør processen endnu bedre

Molybdensulfid kan gøres endnu mere effektivt ved at manipulere dets fysiske og elektriske egenskaber. En proces kendt som "faseændring" gør mere af stoffet tilgængeligt til at deltage i den hydrogenproducerende reaktion.

Når molybdensulfid danner krystaller, er atomerne og molekylerne på ydersiden af ​​den faste masse klar til at acceptere eller donere elektroner til vand når de begejstres af lys for at drive dannelsen af ​​brint. Normalt donerer eller accepterer MoS₂-molekylerne på indersiden af ​​strukturen ikke elektroner lige så effektivt som kantstederneog kan så ikke hjælpe så meget med reaktionen.

Men tilføjelse af energi til MoS₂ ved bombardere det med elektroner eller øge det omgivende tryk, forårsager det, der kaldes “faseændring" at forekomme. Denne faseændring er ikke, hvad du lærer i grundlæggende kemi (involverer et stof, der tager form af gas, flydende eller fast stof), men snarere en lille strukturel ændring i det molekylære arrangement, som ændrer MoS₂ fra en halvleder til et metal.

Som et resultat bliver de elektriske egenskaber af molekylerne på indersiden også tilgængelige for reaktionen. Dette gør den samme mængde katalysator potentielt 600 gange mere effektiv i hydrogenudviklingsreaktionen.

Hvis metoderne bag denne slags gennembrud kan perfektioneres, kan vi være et stort skridt tættere på at gøre brintproduktionen billigere og mere effektiv, hvilket igen vil føre os mod en fremtid drevet af virkelig ren, vedvarende energi.

Om forfatteren

Peter Byrley, Ph.D. Kandidat i kemiteknik, University of California, Riverside

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon

 

Du vil måske også kunne lide

følg InnerSelf på

facebook ikontwitter-ikonyoutube-ikoninstagram ikonpintrest ikonrss ikon

 Få det nyeste via e-mail

Ugeblad Daglig inspiration

TILGÆNGELIGE SPROG

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

MEST LÆS

mindfulness og dans mental sundhed 4 27
Hvordan Mindfulness og dans kan forbedre mental sundhed
by Adrianna Mendrek, Bishop's University
I årtier blev den somatosensoriske cortex anset for kun at være ansvarlig for behandling af sensoriske...
vesten, der aldrig har eksisteret 4 28
Højesteret indleder i det vilde vesten, der faktisk aldrig har eksisteret
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Højesteret har netop, efter alt at dømme, med vilje forvandlet Amerika til en væbnet lejr.
hvordan smertestillende virker 4 27
Hvordan dræber smertestillende medicin faktisk smerte?
by Rebecca Seal og Benedict Alter, University of Pittsburgh
Uden evnen til at føle smerte er livet farligere. For at undgå skader fortæller smerte os, at vi skal bruge en...
hvordan sparer man penge på mad 0 6
Sådan sparer du på din madregning og stadig spiser velsmagende, nærende måltider
by Clare Collins og Megan Whatnall, University of Newcastle
Dagligvarepriserne er steget opad af en række årsager, herunder de stigende omkostninger ved...
hvad med vegansk ost 4 27
Hvad du bør vide om vegansk ost
by Richard Hoffman, University of Hertfordshire
Heldigvis, takket være veganismens stigende popularitet, er fødevareproducenter begyndt...
havets bæredygtighed 4 27
Havets sundhed afhænger af økonomi og ideen om Infinity Fish
by Rashid Sumaila, University of British Columbia
Indfødte ældste delte for nylig deres forfærdelse over det hidtil usete fald i laks...
få vaccine booster 4 28
Skal du få et Covid-19 boosterbillede nu eller vente til efteråret?
by Prakash Nagarkatti og Mitzi Nagarkatti, University of South Carolina
Mens COVID-19-vacciner fortsat er yderst effektive til at forhindre hospitalsindlæggelse og dødsfald, er det...
hvem var Elvis pressly 4 27
Hvem var den rigtige Elvis Presley?
by Michael T. Bertrand, Tennessee State University
Presley skrev aldrig en erindringsbog. Han førte heller ikke dagbog. Engang, da man blev informeret om en potentiel biografi...

Nye holdninger - nye muligheder

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Marked
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf-publikationer. Alle rettigheder forbeholdes.