Vind beter maniere om brandstof uit water te kry

waterstof uit water9 9

Met waterstof kragstasies in Kalifornië, 'n nuwe Japannese verbruikersmotor en draagbare waterstofbrandstofselle Vir elektronika, waterstof as 'n nul-emissie brandstofbron word nou uiteindelik 'n realiteit vir die gemiddelde verbruiker. Wanneer gekombineer met suurstof in die teenwoordigheid van a katalisator, waterstof stel energie en bindings vry met die suurstof om water te vorm.

Die twee hoof probleme om te verhoed dat ons waterstofkrag het wat ons het stoor en produksie. Op die oomblik is waterstofproduksie energie-intensief en duur. Gewoonlik vereis industriële produksie van waterstof hoë temperature, groot geriewe en 'n enorme hoeveelheid energie. Trouens, dit kom gewoonlik uit fossielbrandstowwe soos natuurlike gas - en is dus eintlik nie 'n nul-emissie brandstofbron nie. Om die proses goedkoper, doeltreffend en volhoubaar te maak, sal 'n lang pad gebruik om waterstof 'n meer algemeen gebruikte brandstof te maak.

'N Uitstekende - en oorvloedige - bron van waterstof is water. Maar chemies, dit vereis omkeer die reaksie waarin waterstof energie vrystel wanneer dit met ander chemikalieë saamgevoeg word. Dit beteken dat ons energie in 'n verbinding moet plaas om die waterstof uit te kry. Om die doeltreffendheid van hierdie proses te maksimeer, sal beduidende vordering tot 'n skoon-energie-toekoms wees.

Een metode behels die vermenging van water met 'n nuttige chemikalie, 'n katalisator, om die hoeveelheid energie wat nodig is om die verbindings tussen waterstof- en suurstofatome te verbreek, te verminder. Daar is verskeie belowende katalisators vir waterstofopwekking, insluitend molibdeen sulfied, grafeen en kadmiumsulfaat. My navorsing fokus op die wysiging van die molekulêre eienskappe van molibdeen sulfied om die reaksie selfs doeltreffender en doeltreffender te maak.

Waterstof maak

Waterstof is die mees volop element in die heelal, maar dit is selde beskikbaar as suiwer waterstof. Dit kombineer eerder met ander elemente om baie chemikalieë en verbindings te vorm, soos organiese oplosmiddels soos metanol en proteïene in die menslike liggaam. Die suiwer vorm, H2, kan as 'n vervoerbare en doeltreffende brandstof gebruik word.

Daar is verskeie maniere om waterstof te produseer bruikbaar wees as brandstof. Elektrolise gebruik elektrisiteit om water in waterstof en suurstof te verdeel. Stoommetaan hervorming begin met metaan (vier waterstofatome gebind aan 'n koolstofatoom) en verhit dit en skei die waterstof uit die koolstof. Hierdie energie-intensiewe metode is gewoonlik hoe nywerhede waterstof produseer wat gebruik word in dinge soos die vervaardiging van ammoniak of die verfyning van olie.

Die metode waarop ek fokus, is fotokatalitiese waterversplintering. Met die hulp van 'n katalisator kan die hoeveelheid energie wat nodig is om water in waterstof en suurstof te "verdeel", deur nog 'n oorvloedige hulpbronlig verskaf word. Wanneer dit aan die lig blootgestel word, lewer 'n behoorlike mengsel van water en 'n katalisator sowel suurstof as waterstof. Dit is baie aantreklik vir die bedryf omdat dit ons dan toelaat om water te gebruik as die bron van waterstof in plaas van vuil fossielbrandstowwe.

Verstaan ​​katalisators

Net soos nie, elke twee mense begin 'n gesprek as hulle in dieselfde hysbak is, sommige chemiese interaksies kom nie voor nie net omdat die twee materiale bekendgestel word. Watermolekules kan in waterstof en suurstof verdeel word met die toevoeging van energie, maar die hoeveelheid energie wat benodig word, sal meer wees as wat as gevolg van die reaksie gegenereer word.

Soms neem dit 'n derde party om dinge te laat gaan. In chemie word dit 'n katalisator genoem. Chemies gesproke verlaag 'n katalisator die hoeveelheid energie wat nodig is vir twee verbindings om te reageer. Sommige katalisators funksioneer slegs wanneer dit aan die lig blootgestel word. Hierdie verbindings, soos titaandioksied, is genoem fotokataliste.

Met 'n fotokatalisator in die mengsel, benodig die energie wat nodig is om waterdruppels te verdeel, sodat die poging net 'n energieverbruik op die einde van die proses verkry. Ons kan die splitsing selfs meer doeltreffend maak deur 'n ander stof by te voeg, in 'n rol met die katalisator. Ko-katalisators in waterstofgenerering verander die elektroniese struktuur van die reaksie, wat dit meer effektief maak om waterstof te produseer.


 Kry die nuutste per e-pos

Weeklikse Tydskrif Daaglikse Inspirasie

Tot dusver is daar geen kommersialiseerde stelsels vir die vervaardiging van waterstof op hierdie manier nie. Dit is deels as gevolg van koste. Die beste katalisators en mede-katalisators wat ons gevind het, is doeltreffend om te help met die chemiese reaksie, maar is baie duur. Byvoorbeeld, die eerste belowende kombinasie, titaandioksied en platinum, is in 1972 ontdek. Platinum is egter 'n baie duur metaal (goed oor US $ 1,000 per ons). Selfs renium, nog 'n nuttige katalisator, kos sowat $ 70 'n ons. Metale soos hierdie is so skaars in die aardkors dat dit hulle maak Nie geskik vir grootskaalse toepassings nie selfs al is daar prosesse wat ontwikkel word herwin hierdie materiaal.

Vind 'n nuwe katalisator

Daar is baie vereistes vir 'n goeie katalisator, soos om herwin te word en die hitte en druk wat by die reaksie betrokke is, te weerstaan. Maar net so belangrik is hoe algemeen die materiaal is, aangesien die meeste kataliste die goedkoopste is.

Een van die nuutste en mees belowende materiale is molibdeensulfied, MoS2. Omdat dit bestaan ​​uit die elemente molibdeen en swael - albei relatief algemeen op aarde - is dit baie goedkoper as meer tradisionele katalisators, goed onder 'n dollar per ons. Dit het ook die korrekte elektroniese eienskappe en ander eienskappe.

Voor die laat 1990s, het navorsers bevind dat molibdeensulfied nie besonder doeltreffend was om water in waterstof te verander nie. Maar dit was omdat navorsers dik stukkies minerale gebruik, in wese die vorm waarin dit van die grond af gemyn word. Vandag kan ons egter prosesse gebruik chemiese damp deposito or oplossing-gebaseerde prosesse om baie dunner kristalle van MoS2 te skep - selfs tot die dikte van 'n enkele molekuul - wat baie doeltreffend is om waterstof uit water te onttrek.

Maak die proses nog beter

Molibdeensulfied kan selfs meer doeltreffend gemaak word deur sy fisiese en elektriese eienskappe te manipuleer. 'N Proses wat bekend staan ​​as "faseverandering" maak meer van die stof beskikbaar om aan die waterstofproduserende reaksie deel te neem.

Wanneer molibdeensulfied kristalle vorm, is die atome en molekules aan die buitekant van die vaste massa gereed om elektrone aan te neem of te skenk wanneer opgewonde deur lig om die skepping van waterstof te dryf. Normaalweg sal die MoS2-molekules aan die binnekant van die struktuur nie elektrone skenk of aanvaar nie so doeltreffend as die rand plekke, en so kan nie soveel help met die reaksie nie.

Maar voeg energie by die MoS2 by bombardeer dit met elektrone, of die omliggende druk verhoog, veroorsaak wat genoem word "fase verandering" om te gebeur. Hierdie faseverandering is nie wat jy in basiese chemie leer nie (met een stof wat vorms van vloeibare of vaste vorms gebruik), maar eerder 'n effense strukturele verandering in die molekulêre reëling wat verander die MoS2 van 'n halfgeleier na 'n metaal.

As gevolg hiervan word die elektriese eienskappe van die molekules aan die binnekant ook beskikbaar vir die reaksie. Dit maak dieselfde hoeveelheid katalisator moontlik 600 keer meer effektief in die waterstof evolusie reaksie.

As die metodes van hierdie soort deurbraak vervolmaak kan word, kan ons dalk 'n groot stap nader wees om waterstofproduksie goedkoper en doeltreffender te maak, wat op sy beurt ons sal beweeg na 'n toekoms wat deur werklik skoon, hernubare energie gegenereer word.

Oor Die Skrywer

Peter Byrley, Ph.D. Kandidaat in Chemiese Ingenieurswese, Universiteit van Kalifornië, Riverside

Hierdie artikel is oorspronklik gepubliseer op Die gesprek. Lees die oorspronklike artikel.

verwante Boeke

at InnerSelf Market en Amazon

 

Jy kan ook graag

volg InnerSelf op

facebook-ikoonTwitter-ikoonYouTube-ikooninstagram-ikoonpintrest-ikoonrss-ikoon

 Kry die nuutste per e-pos

Weeklikse Tydskrif Daaglikse Inspirasie

BESKIKBARE TALE

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

MEESTE LEES

is dit covid of hooifecer 8 7
Hier is hoe om te sê of dit Covid of hooikoors is
by Samuel J. White, en Philippe B. Wilson
Met warm weer in die noordelike halfrond, sal baie mense aan stuifmeelallergieë ly.
bofbalspeler met wit hare
Kan ons te oud wees?
by Barry Vissell
Ons ken almal die uitdrukking: "Jy is so oud as wat jy dink of voel." Te veel mense gee moed op...
inflasie regoor die wêreld 8 1
Inflasie styg regoor die wêreld
by Christopher Decker
Die styging van 9.1% in Amerikaanse verbruikerspryse in die 12 maande geëindig in Junie 2022, die hoogste in vier ...
salie smeer stokke, vere, en 'n droomvanger
Reiniging, aarding en beskerming: twee grondliggende praktyke
by MaryAnn DiMarco
Baie kulture het 'n ritualistiese reinigingspraktyk, wat dikwels met rook of water gedoen word, om te help om ...
mense se gedagtes verander 8 3
Waarom dit moeilik is om iemand se valse oortuigings uit te daag
by Lara Millman
Die meeste mense dink hulle verkry hul oortuigings deur 'n hoë standaard van objektiwiteit te gebruik. Maar onlangse …
oorkom eensaamheid 8 4
4 maniere om te herstel van eensaamheid
by Michelle H Lim
Eensaamheid is nie ongewoon nie, aangesien dit 'n natuurlike menslike emosie is. Maar wanneer geïgnoreer of nie effektief nie ...
kindertjies wat floreer deur aanlynleer 8 2
Hoe sommige kinders voorspoedig is met aanlynleer
by Anne Burke
Terwyl die media dikwels oor negatiewe aspekte van aanlyn skoolopleiding berig het, was dit nie 'n ...
covid en bejaardes 8 3
Covid: Hoe versigtig moet ek nog rondom ouer en kwesbare gesinslede wees?
by Simon Kolstoe
Ons is almal redelik keelvol vir COVID, en dalk lus vir 'n somer van vakansies, sosiale uitstappies en ...

Nuwe Houdings - nuwe moontlikhede

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Kopiereg © 1985 - 2021 InnerSelf Publikasies. Alle regte voorbehou.