به گزارش فرارو به نقل از scitechdaily، موتور های هیدروژنی یکی از مناسب ترین دستاورد های بشر برای تولید انرژی است، ولی ساخت چنین دستگاه هایی به علت استفاده از فلز کمیاب و گرانقیمت پلاتین در پیل های سوختی، هنوز هزینه ساز است، اما در یک اختراع جالب توجه دانشمندان توانستند از آن برای ساخت چنین پیل هایی استفاده کنند که هم هزینه ها را بشدت کاهش می دهد و هم امکان استفاده بیشتر از این فناوری را فراهم می کند.
سلول های سوختی هیدروژنی، هیدروژن را تنها با دفع بخار آب بعنوان پسماند سوخت به الکتریسیته تبدیل می کنند. همین امر آنها را به یک جایگزین سبز جذاب برای انرژی قابل حمل ، به ویژه برای وسایل نقلیه تبدیل می کند. با این حال، هزینه بالای یکی از اجزای اصلی سلول ها، مانع از پذیرش گسترده آن شده است. پیل های سوختی به کاتالیزوری ساخته شده از پلاتین متکی هستند که گران و کمیاب است.
اکنون، یک تیم اروپایی به رهبری محققان کالج امپریال لندن، کاتالیزوری را با استفاده از آهن، کربن و نیتروژن- موادی که ارزان و به راحتی در دسترس هستند- ایجاد کرده اند و نشان داده اند که می توان از آن ها برای کارکرد پیل سوختی با قدرت بالا استفاده کرد. نتایج دستاورد آن ها روز گذشته (۲۵ آوریل ۲۰۲۲) در نشریه معتبر Nature Catalysis منتشر شده است.
پروفسور آنتونی کوسرناک، محقق ارشد دپارتمان شیمی کالج امپریال لندن، گفت:« در حال حاضر ، حدود ۶۰ درصد از هزینه یک پیل سوختی، مربوط به کاتالیزور پلاتینی آن است. بنابراین، برای اینکه پیل های سوختی را به یک جایگزین واقعی مناسب برای وسایل نقلیه با سوخت فسیلی تبدیل کنیم، باید این هزینه را کاهش دهیم. طراحی کاتالیزور ارزان تر ما باید این امر را به واقعیت تبدیل کند و امکان استقرار سیستم های انرژی تجدیدپذیر بسیار بیشتری را فراهم کند که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کنند و در نهایت انتشار گاز های گلخانه ای را کاهش می‌دهند و جهان را در مسیری به سمت انتشار صفر کربن قرار دهند.»
نوآوری این تیم تولید کاتالیزوری بود که در آن تمام آهن به صورت اتم های منفرد در یک ماتریس کربن رسانای الکتریکی پراکنده می شود. آهن تک اتمی دارای خواص شیمیایی متفاوتی نسبت به آهن عادی است که در آن همه اتم ها در کنار هم قرار گرفته اند و باعث واکنش پذیری آن می شود. این خواص به این معنی است که آهن واکنش های موردنیاز در پیل سوختی را افزایش می دهد و بعنوان یک جایگزین خوب برای پلاتین عمل می کند. در بررسی های آزمایشگاهی، این تیم نشان داد که یک کاتالیزور آهن تک اتمی، عملکردی نزدیک به کاتالیزور های مبتنی بر پلاتین در یک سیستم پیل سوختی واقعی دارد.
علاوه بر تولید یک کاتالیزور ارزان تر برای پیل های سوختی، روشی که این تیم برای ایجاد آن ابداع کرد، می تواند برای سایر کاتالیزور ها برای فرآیند های دیگر، مانند واکنش های شیمیایی با استفاده از اکسیژن اتمسفر بعنوان واکنش دهنده به جای اکسیدان های شیمیایی گرانبها، و استفاده از هوا برای حذف آلاینده های مضر در تصفیه فاضلاب سازگار شود.
دکتر اسد محمود، نویسنده اول این مطالعه و محقق دپارتمان شیمی کالج امپریال لندن، نیز گفت: «ما رویکرد جدیدی را برای ساخت طیفی از کاتالیزور های «تک اتمی» ایجاد کرده ایم که فرصتی برای اجازه دادن به طیف وسیعی از فرآیند های شیمیایی و الکتروشیمیایی جدید ارائه می دهد. بطور خاص، ما از یک روش مصنوعی منحصربه فرد به نام transmetallation استفاده کردیم تا از تشکیل خوشه های آهن در طول سنتز جلوگیری کنیم. این فرآیند باید برای دانشمندان دیگری که به دنبال تهیه نوع مشابهی از کاتالیزور هستند مفید باشد.»
این تیم با جانسون متی سازنده کاتالیزور پیل سوختی بریتانیا همکاری کردند تا کاتالیزور را در سیستم های مناسب آزمایش کنند و امیدوارند کاتالیزور جدید خود را ارتقا دهند تا بتوان از آن در پیل های سوختی تجاری استفاده کرد. در عین حال، آنها در تلاش هستند تا پایداری کاتالیزور را بهبود بخشند، تا از نظر دوام و عملکرد بتواند با پلاتین مطابقت کند. این دستاورد مهم در صورت تجاری شدن میتواند انقلابی بزرگ در عرصه تولید انرژی مبتی بر سوخت هیدروژن ایجاد کند. این موضوع به ویژه در صنعت خودروسازی اهمیتی بالا خواهد داشت، زیرا تولید خودرو های هیدروژنی ارزان قیمت را عملی می کند. در واقع چناچه بتوان هزینه تولید و نگهداری خودرو های هیدروژنی را با خودرو های سوخت فسیلی برابر کرد، عملاً استفاده از خودرو های سوخت فسیلی را توجیه ناپذیر خواهد کرد و این به نوبه خود تأثیری قابل توجه بر کاهش انتشار گاز های گلخانه ای و همچنین آلودگی هوا (Air pollution) خواهد داشت.
- 13
- 2
