Изследователи от Радбудския университет и Технологичния университет в Айндховен в Нидерландия са разработили метод за електролиза на водата, който не използва иридий. Вместо това те използват катализатор, направен от изобилие от евтини и лесно достъпни материали, включително желязо, никел и кобалт.
Съществуват по-екологични начини за производство на водород, като например използването на слънчева или вятърна енергия за захранване на процеса на отделянето му от водните молекули. Но Де Клейне твърди, че в такива случаи трябва да се вземе предвид въглеродният отпечатък от създаването на тези съоръжения. Същото важи и за факта, че зелената енергия е най-ефективна в райони с много слънце и вятър, като Африка или Бразилия. Това означава, че произведеният там водород трябва след това да бъде транспортиран до останалата част на света за употреба, което отново увеличава въглеродния му отпечатък.

“Ако разгледаме целия жизнен цикъл по този начин, зеленият водород често, но не винаги, води до увеличение на CO2”, казва Де Клейне. “Обикновено повишаването на CO2 е по-голямо при използването на вятърна енергия, отколкото при слънчевата. Това ще се подобри в бъдеще, тъй като повече възобновяема енергия ще се използва за производството на вятърни турбини, соларни панели и стомана за електролизера, например.”

Процес за производство на водород, наречен протонно-обменна мембрана (PEM)
PEM е процес на електролиза на водата, който отделя водород от водните молекули. Освен въглеродния разход на електроенергията, която захранва процеса, PEM се счита за зелена технология, защото единственият й продукт е кислород, а не въглероден диоксид. Проблемът е, че иридият е един от малкото елементи, които могат да издържат на суровата кисела среда, в която водните молекули се разделят. А иридият е много трудно откриваем, тъй като е един от най-редките метали на Земята, така че създаването на PEM съоръжения в голям мащаб е трудно.
По същество изследователите от ICFO създали аноден катализатор, направен от по-разпространени елементи: кобалт и волфрам. Но за да предпазят анода от очакваното разграждане от процеса на електролиза, те предприели необичаен ход, като импрегнирали кобалт-волфрамов оксид с вода – същото вещество, в което е проектиран да работи.
„В началото на проекта бяхме заинтригувани от потенциалната роля на самата вода като „слона в стаята“ при електролизата на водата“, казва Ранит Рам, първи автор на изследването. „Никой преди това не беше адаптирал водата и граничната вода по този начин.“
Резултатът беше, че по време на процеса на електролиза, докато новият анод се разграждаше, губейки материал, водата и хидроксидите – две преобладаващи съединения в процеса – се втурваха да запълнят дупките, които той оставяше след себе си. Резултатът беше вид водна защита, която предпазваше анода от твърде бързо разграждане.

При тестовете с PEM реактор новият материал се представи отлично. „Увеличихме пет пъти плътността на тока, достигайки до 1 A/cm2 – много трудна за постигане граница в тази област“, казва водещият съавтор д-р Лу Ся. „Но ключовото е, че постигнахме и повече от 600 часа стабилност при такава висока плътност. Така че достигнахме най-високата плътност на тока и най-високата стабилност за катализатори, които не са на основата на иридий.“
Въпреки че изследователите признават, че новият водо-импрегниран метал не остава стабилен толкова дълго, колкото сегашните аноди, те твърдят, че откритието компенсира това, като демонстрира ефективен PEM подход, който не разчита на редки метали. Всъщност екипът твърди, че процесът може да работи дори с други материали, което е желателно, тъй като кобалтът често се добива от мини, които използват детски труд.
„Кобалтът, макар и по-разпространен от иридия, все още е много обезпокоителен материал, като се има предвид откъде се добива“, казва участникът в изследването и професор в ICFO, Гарсия де Аркер. „Ето защо работим върху алтернативи на базата на манган, никел и много други материали. Ще преминем през цялата таблица на Менделеев, ако е необходимо. Ще изследваме и ще опитаме с тях тази нова стратегия за проектиране на катализатори, за която съобщаваме в нашето изследване.“
Четете още на : Бразилският производител на ниобий CBMM завърши разработването на литиево-йонна батерия.