Ingeniører har udviklet en ny metode til fremstilling af rent brint, som kan vise sig at være af afgørende betydning for afvænning af samfundet af fossile brændstoffer og deres miljømæssige konsekvenser.
Mens brint er allestedsnærværende i miljøet, er det dyrt og kompliceret at fremstille og indsamle molekylært brint til transport og industriel anvendelse. Lige så vigtigt er et biprodukt af de fleste nuværende metoder til fremstilling af brint kulmonoxid, som er giftigt for mennesker og dyr.
Duke-ingeniørerne ved hjælp af en ny katalytisk fremgangsmåde har på laboratoriet vist, at de kan reducere kulilte til næsten nul i nærværelse af brint og de ufarlige biprodukter af kuldioxid og vand. De demonstrerede også, at de kunne producere brint ved at reformere brændstof ved meget lavere temperaturer end konventionelle metoder, hvilket gør det til en mere praktisk mulighed.
Kredit: Shutterstock / mypokcik
Katalysatorer er midler, der tilsættes for at fremme kemiske reaktioner. I dette tilfælde var katalysatorerne nanopartikelkombinationer af guld og jernoxid (rust), men ikke i traditionel forstand. Nuværende metoder afhænger af guld nanopartikler? evnen til at drive processen som den eneste katalysator, mens hertugforskerne gjorde både jernoxid og guld til fokus for den katalytiske proces.
Undersøgelsen vises online i maj-udgaven af Journal of Catalysis, der kan ses på https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951712004204.
”Vores ultimative mål er at være i stand til at fremstille brint til brug i brændselsceller,” sagde Titilayo “Titi” Shodiya, en kandidatstuderende, der arbejder i laboratoriet hos seniorforsker Nico Hotz, adjunkt i maskinteknik og materialevidenskab ved Duke's Pratt School of Engineering. ”Alle er interesserede i bæredygtige og ikke-forurenende måder til at producere nyttig energi uden fossile brændstoffer,” sagde Shodiya, papirets første forfatter.
Brændselsceller producerer elektricitet gennem kemiske reaktioner, som oftest involverer brint. Mange industrielle processer kræver også brint som et kemisk reagens, og køretøjer begynder at bruge brint som en primær brændstofskilde.
”Vi var i stand til gennem vores system at producere brint med mindre end 0,002 procent (20 dele pr. Million) kulilte,” sagde Shodiya.
Duke-forskerne opnåede disse niveauer ved at skifte opskrift på nanopartikler, der blev brugt som katalysatorer til reaktionerne på at oxidere kulilte i brintrige gasser. Traditionelle metoder til rengøring af brint, der ikke er så effektive som denne nye metode, involverer også nanopartikler af guld-jernoxid som katalysatoren, siger forskerne.
”Man havde antaget, at jernoxid-nanopartikler kun var‘ stilladser ’, der holdt guld-nanopartiklerne sammen, og at guldet var ansvarlig for de kemiske reaktioner,” sagde Sodiya. ”Vi fandt imidlertid, at forøgelse af jernoxidets overfladeareal dramatisk øgede den katalytiske aktivitet af guldet.”
En af de nyeste fremgangsmåder til produktion af vedvarende energi er brugen af biomasseafledte alkoholbaserede kilder, såsom methanol. Når methanol behandles med damp eller reformeres, skaber det en brintrig blanding, der kan bruges i brændselsceller.
”Det største problem med denne fremgangsmåde er, at det også producerer kulilte, som ikke kun er giftigt for livet, men også hurtigt skader katalysatoren på brændselscellemembraner, der er afgørende for, at brændselscellen fungerer,” sagde Hotz. ”Det kræver ikke meget kulilte at ødelægge disse membraner.”
Forskerne kørte reaktionen i mere end 200 timer og fandt ingen reduktion i katalysatorens evne til at reducere mængden af kulilte i brintgas.
”Mekanismen for dette er ikke nøjagtigt forstået endnu. Selvom den nuværende tankegang er, at størrelsen på guldpartiklerne er nøglen, mener vi imidlertid, at vægten af yderligere forskning bør fokusere på jernoxids rolle i processen, ”sagde Shodiya.
via Duke