Daha Ucuz Hidrojen Üretimi
Küresel iklim ve enerji sorunlarını iyileştirmek
Yenilenebilir enerjiyle desteklenen elektrolitik hidrojen üretimi, küresel iklim ve enerji sorunlarını iyileştirmek için çevre dostu bir araç olarak görülüyor. Angewandte Chemie dergisinde bir araştırma ekibi, elektrotlar için yüksek verimli, enerji tasarruflu hidrojen üretimi sağlayabilecek yeni ve ucuz bir malzeme tanıttı: gözenekli, fosforlu CoNi2S4 yumurta sarısı nanoküreler.
Su elektrolizinin her iki yarı reaksiyonu — hidrojen ve oksijen oluşumu — ne yazık ki yavaştır ve çok fazla güç gerektirir. Katalitik olarak etkili elektrotlar, özellikle değerli metallere dayalı olanlar, elektrokimyasal süreçleri hızlandırabilir ve enerji verimliliğini artırabilir. Bununla birlikte, büyük ölçekli kullanımları, yüksek maliyetler, sınırlı bolluk ve düşük kararlılık nedeniyle engellenmektedir. Bol, ucuz metallere dayalı alternatifler genellikle her iki yarı reaksiyon için de tatmin edici bir şekilde çalışmaz.
Shuyan Gao (Henan Normal Üniversitesi, Çin) ve Xiong Wen (David) Lou (Nanyang Teknoloji Üniversitesi, Singapur) liderliğindeki bir ekip, verimli elektrokatalitik hidrojen üretimi için, kobalt (Co) ve nikel (Ni) bazlı yeni, ucuz, çok işlevli bir elektrot malzemesi geliştirdi. Malzemeyi yapmak için, kobalt-nikel-gliserattan yapılmış nanoküreler, kombine hidrotermal sülfidasyona ve gaz fazı fosforizasyonuna tabi tutulur. Bu, fosfor katkılı kobalt-nikel-sülfürden (P-CoNi2S4) yapılmış sarısı kabuğu nanoparçacıkları adı verilen nesneleri oluşturur. Bunlar, kompakt bir çekirdeğe ve aralarında boşluk olan gözenekli bir kabuğa sahip küçük kürelerdir — sarısı yumurta akı ile çevrili ve bu nedenle kabuğa dokunmayan bir yumurta gibi.
Fosfor katkısı, içi boş parçacıklarda Ni2+’ya göre Ni3+ oranını arttırır ve daha hızlı yük transferine izin vererek elektrokatalitik reaksiyonların daha hızlı çalışmasına neden olur. Malzeme hem anot hem de katot olarak kullanılabilir ve suyun elektrolizinde hidrojen ve oksijen üretiminde yüksek aktivite ve kararlılık gösterir.
Elektroliz hücresinin toplam voltajını azaltmak için hibrit elektroliz kavramları da araştırılmaktadır. Örneğin, oksijen üretimine bağlanmak yerine, hidrojen üretimi önemli ölçüde daha az enerji gerektiren üre oksidasyonuna bağlanabilir. Üre kaynakları, endüstriyel sentezlerden gelen atık akışlarının yanı sıra sıhhi kanalizasyon içerebilir. Yeni nanopartiküller de bu yarı reaksiyon için çok kullanışlıdır.
Hem su hem de üre elektrolizi, nispeten düşük hücre voltajı gerektirir (sırasıyla, 10 mA cm– 2'de 100 saat boyunca 1.544 V veya 1.402 V). Bu durum, yeni bimetalik yumurta sarısı parçacıklarını bilinen çoğu nikel-sülfür ve hatta değerli metal bazlı elektrokatalizörlerden üstün kılmaktadır. Elektrokimyasal hidrojen üretimi ve ayrıca üre içeren atık suyun arıtılması için umut verici bir yaklaşım sunarlar.
Kaynak:
