Naukowcy opracowali metodę, która pozwala na produkcję wodoru w sposób bardziej wydajny, przyjazny środowisku i nieemitujący dwutlenku węgla. Co to za metoda?

Jest wodór, jest dwutlenek węgla

Reforming parowy gazu ziemnego jest obecnie najczęściej stosowaną metodą produkcji wodor. Polega on na reakcji metanu z parą wodną w wysokich temperaturach (powyżej 800 stopni Celsjusza) i w obecności katalizatora niklowego, w wyniku czego dochodzi do wytworzenia wodoru oraz tlenku węgla. Następnie tlenek węgla reaguje z parą wodną i tworzy dodatkowy wodór i dwutlenek węgla.

Zasadniczą wadą reformingu parowego jest to, że emituje nawet 2,5 razy więcej CO2 niż produkowanego wodoru. Żeby ograniczyć tę emisję, stosuje się kosztowne technologie wychwytu i składowaniu dwutlenku węgla, które nadal nie są w pełni rozwinięte.

Zobacz też: Samoloty na wodór? To możliwe!

Ekologiczna produkcja wodoru

Naukowcy z Rice University w Teksasie opracowali katalizator, który może całkowicie wyeliminować emisje z reformingu parowego poprzez użycie światła zamiast ciepła do napędzania reakcji. Ponadto, badania mogą okazać się pomocne w ogólnym wydłużeniu żywotności katalizatorów, poprawie wydajności i obniżeniu kosztów wielu procesów przemysłowych obciążonych koksowaniem, tj. formą nagromadzenia węgla, która może dezaktywować katalizatory. 

Nowy fotokatalizator ma konstrukcję anteny-reaktora, która po wystawieniu na działanie określonej długości fali światła rozkłada metan i parę wodną na wodór i tlenek węgla – bez zewnętrznego ogrzewania. Ten drugi nie jest gazem cieplarnianym i jest jest cennym surowcem dla przemysłu chemicznego.

W opracowaniu nowego rozwiązania naukowcy wykorzystali odkrycie z 2011 roku – wtedy badacze wykazali, że plazmony –  zbiorowe oscylacje elektronów, które występują, gdy nanocząstki metalu są wystawione na działanie światła – mogą emitować “gorące nośniki” lub wysokoenergetyczne elektrony i dziury, które mogą być wykorzystywane do napędzania reakcji chemicznych. 

– To jedno z naszych najbardziej znaczących odkryć do tej pory, ponieważ oferuje ulepszoną alternatywę dla prawdopodobnie najważniejszej reakcji chemicznej dla współczesnego społeczeństwa – mówi profesor Peter Nordlander, jeden ze współautorów badania. – Opracowaliśmy zupełnie nowy, znacznie bardziej zrównoważony sposób przeprowadzania reformingu parowego.

Nowoopracowany system wykorzystuje nanocząstki miedzi jako anteny zbierające energię. Aby jednak powierzchnia plazmoniczna nanocząstek miedzi mogła związać się z metanem, potrzebne były atomy rodu. Wiążą one wodę i cząsteczki metanu z powierzchnią plazmoniczną, wykorzystując energię gorących nośników do zasilania reakcji reformingu parowego. 

Oprócz produkcji wodoru, metoda ta może być wykorzystywana do regeneracji katalizatorów stosowanych w innych reakcjach chemicznych, co pozwala na obniżenie kosztów i zmniejszenie ilości odpadów przemysłowych.

– Światło jest najczystszym i najpowszechniejszym źródłem energii – podkreśla profesor Naomi Halas, jeden ze współautorów badania. – Jeśli możemy je wykorzystać w sposób efektywny, możliwości są niemal nieograniczone.

Przeczytaj też: Energia nie zginie z baterią w płynie. Nowy pomysł naukowców ze Stanforda

Źródło: focus.pl, news.rice.edu

Fot.: Canva (Olemedia/Getty Images Signature)

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.