Revolučný fotokatalyzátor umožní vyrábať zelený vodík bezpečnejšie a lacnejšie

0

Vedci z Riceovej univerzity vytvorili malé zariadenie poháňané LED diódami, ktoré premieňa amoniak na vodík. Využíva katalyzátor poháňaný svetlom, ktorý je rovnako účinný ako drahé tepelné katalyzátory, ktoré na svoju činnosť potrebujú tisícstupňové teploty, pričom je vyrobený z lacných a hojne dostupných materiálov – medi a železa. Vodík je veľmi sľubné čisté palivo, ktoré sa dá spaľovať alebo priamo premieňať na elektrickú energiu prostredníctvom palivového článku.

Je však drahý a náročný na manipuláciu, pretože je to veľmi ľahký plyn, ktorý sa musí stlačiť na 700 atmosfér alebo ochladiť takmer na absolútnu nulu, aby dosiahol kvapalný stav. Amoniak je známy tým, že je lepším nosičom vodíka ako samotný plynný vodík, pretože každý z jeho atómov dusíka viaže tri atómy vodíka, a hoci je vo vysokých koncentráciách žieravý a mimoriadne nebezpečný, pri atmosférických teplotách a tlakoch je to stabilná kvapalina.

Amoniak môže mimoriadne dobre prenášať vodík, ale ak chcete tento vodík použiť, musíte ho „rozbiť“, aby ste vodík dostali von a uvoľnili neškodný dusík späť do atmosféry. Ide však o endotermickú reakciu, takže väčšina krakovania amoniaku sa vykonáva vo veľkých zariadeniach pracujúcich pri teplotách najmenej 650 – 1000 °C. Navyše tepelné katalyzátory potrebné na krakovanie sú zvyčajne kovy platinovej skupiny, ako napríklad ruténium, ktoré je relatívne vzácne a drahé.

Tím z Riceovej univerzity však objavil kompaktný a účinný spôsob katalyzácie tejto reakcie krakovania pri izbovej teplote, pričom sa nepoužíva nič iné ako meď a železo. Ide o fotokatalýzu využívajúcu  „anténne reaktorové“ plazmónové fotokatalyzátory. Sú to nanočastice katalyzátora posiate malými zhlukmi „anténneho“ materiálu, ktorý má zvýšiť schopnosť katalyzátora absorbovať svetlo.

Správne vyladené častice anténneho reaktora prijímajú energiu z okolitého svetla, či už ide o slnečné svetlo, alebo svetlo z nízkoenergetických LED diód, a vyrážajú krátkodobé „horúce elektróny“ s dostatočnou energiou na spustenie účinnej chemickej reakcie aj pri izbových teplotách. Anténne reaktorové fotokatalyzátory môžu byť navrhnuté pre všetky druhy reakcií. Tento fotokatalyzátor štiepiaci amoniak používa ako reaktor železo a ako anténu zbierajúcu svetlo meď – oba tieto kovy sú lacné a hojne dostupné.

Prvé testy sa uskutočnili pomocou svetla dodávaného lasermi v malom experimentálnom zariadení. V laboratórnych testoch pri osvetlení vykazovala dvojica meď – železo účinnosť a reaktivitu, ktoré boli porovnateľné s účinnosťou a reaktivitou kombinácie medi a ruténia. Fotokatalyzátor meď – železo by teda mal umožniť oveľa lacnejšie a jednoduchšie získavanie vodíka z amoniaku, navyše aj bez potreby tepla, takže sa ušetrí aj energia a emisie.

A čo je možno najdôležitejšie, povedie to k zariadeniu na krakovanie amomiaku, ktoré je malé, spoľahlivé, ľahké a chladné, namiesto toho, aby fungovalo pri stovkách stupňov. Spoločnosť Syzygy Plasmonics získala licenciu na tento konkrétny katalyzátor a postavila testovacie zariadenie, ktoré bolo približne 500-krát väčšie a namiesto laserov používalo účinné LED osvetlenie. Katalyzátor zostal rovnako účinný. Syzygy tvrdí, že jej pôvodný produkt Rigel Photocatlytic Reactor je veľký ako menšia práčka a spracuje približne tonu denne v závislosti od konkrétnej reakcie, ktorá v ňom prebieha.

Okrem toho zariadenia môžu byť naskladané na seba, a ak potrebujete väčší výkon, môžete ich spustiť naraz. Možno by sa tento koncept mohol ukázať ako dostatočne malý a ľahký na to, aby bol relevantný v letectve, dokonca by mohlo byť dosť malý aj na to, aby sa dal umiestniť do elektrického auta, ktoré môže načerpať amoniak na čerpacej stanici.

Tímy z Riceovej univerzity a Syzygy sa tu však určite nezastavia. Ich cieľom je vyradiť tepelné katalyzátory z činnosti všade, kde je to možné, a to vrátane chemického priemyslu. Syzygy tvrdí, že túto reakciu už spustila v terénnych skúškach a očakáva, že tieto fotokatalytické reaktory na krakovanie amoniaku budú komerčne dostupné v roku 2023.

Zdroj: newatlas.com.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať