Ερευνητές στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης ανέπτυξαν μια καινοτόμο στρατηγική αναγέννησης καταλύτη που μπορεί να κάνει την παραγωγή υδρογόνου από αμμωνία πιο αποδοτική και αξιόπιστη. Αντιμετωπίζοντας ένα σημαντικό πρόβλημα που προκαλεί την απώλεια της αποτελεσματικότητας των καταλυτών με την πάροδο του χρόνου, η ομάδα διατήρησε την παραγωγή υδρογόνου για πάνω από 2.000 ώρες σε εργαστηριακές δοκιμές.
Η αμμωνία αποτελεί έναν ελπιδοφόρο τρόπο αποθήκευσης και μεταφοράς υδρογόνου, μιας καθαρής πηγής ενέργειας που δεν παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Η ηλεκτροχημική διάσπαση αμμωνίας χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα για τη μετατροπή της αμμωνίας σε άζωτο και υδρογόνο. Ωστόσο, οι καταλύτες με βάση την πλατίνα σταδιακά χάνουν την αποτελεσματικότητά τους καθώς οι επιφάνειές τους υφίστανται οξείδωση και μπλοκάρονται από το άζωτο.
Διατήρηση της ενεργότητας των καταλυτών
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Chen Wei από το Τμήμα Φυσικής και το Τμήμα Χημείας ανέπτυξε έναν καταλύτη που αποτελείται από νανοσωματίδια πλατίνας σε υποστήριγμα άνθρακα εμπλουτισμένου με άζωτο και ατομικά διασπαρμένα σημεία σιδήρου. Ο νέος καταλύτης αντιστέκεται τόσο στην οξείδωση όσο και στη δηλητηρίαση από άζωτο.
Η μεταφορά ηλεκτρονίων καταστέλλει την οξείδωση της πλατίνας και επιταχύνει το βήμα αφυδρογόνωσης. Επιπλέον, τα σημεία σιδήρου προάγουν τη διάσταση του νερού, διευκολύνοντας την υδρογόνηση των ειδών αζώτου. Το έργο πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με τον επίκουρο καθηγητή Ou Pengfei και τον καθηγητή Fan Lei από το Πανεπιστήμιο Ηλεκτρονικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature Synthesis.
Παραγωγή υδρογόνου για περισσότερες από 2.000 ώρες
Για να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του καταλύτη, οι ερευνητές συνδύασαν την περιοδική αντιστροφή του ηλεκτρικού ρεύματος με περιστασιακό πλύσιμο με οξύ και αναπλήρωση αμμωνίας. Αυτή η προσέγγιση βοήθησε στην αποκατάσταση της ενεργότητας του καταλύτη και τη διατήρηση της παραγωγής υδρογόνου.
Χρησιμοποιώντας αυτή τη στρατηγική, η ομάδα διατήρησε την παραγωγή υδρογόνου για πάνω από 2.000 ώρες σε χαμηλό ηλεκτρικό ρεύμα και για 500 ώρες σε υψηλότερο ρεύμα, επιδεικνύοντας τις δυνατότητες για ανθεκτική παραγωγή υδρογόνου σε θερμοκρασία 80 βαθμών Κελσίου.
Προς μια πιο πρακτική παραγωγή υδρογόνου
Βελτιώνοντας την ανθεκτικότητα του καταλύτη, η έρευνα αυτή φέρνει την παραγωγή υδρογόνου βάσει αμμωνίας πιο κοντά σε πρακτικές εφαρμογές. Καθώς η αμμωνία είναι ευκολότερη στην αποθήκευση και μεταφορά από το αέριο υδρογόνο, η τεχνολογία θα μπορούσε να υποστηρίξει την αποκεντρωμένη παραγωγή ενεργειακών πόρων.
Ο ερευνητής Jiang Rui δήλωσε: «Η προσέγγισή μας για αναγέννηση με τη βοήθεια νερού βοηθά στην αποτροπή του μπλοκαρίσματος της επιφάνειας της πλατίνας από το άζωτο, επιτρέποντας στον καταλύτη να παραμένει ενεργός για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς την επίτευξη πιο αξιόπιστης και βιώσιμης παραγωγής υδρογόνου από αμμωνία.»
Ο καθηγητής Chen πρόσθεσε: «Αυτές οι αρχές σχεδιασμού ενδέχεται να επεκταθούν και σε άλλες εφαρμογές οξείδωσης αμμωνίας, συμπεριλαμβανομένων των κυψελών καυσίμου άμεσης αμμωνίας.»