Dünya sürdürülebilir enerji kaynaklarına doğru geçtikçe, karbon yaymadan üretilen hidrojen “yeşil hidrojen” temiz güç için önde gelen bir aday olarak ortaya çıktı. İleriye doğru önemli bir adımda, bir araştırma ekibi, termokimyasal yeşil hidrojen üretiminin dönüşüm verimliliğini iki katına çıkaran yeni bir demir bazlı katalizör geliştirdi.
Bulguları son zamanlarda dergide yayınlandı Acta Materialia. Ortak araştırma ekibi, Postech Makine Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Hyungyu Jin ve Seul Ulusal Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Jeong Woo Han tarafından yönetildi.
Fosil yakıt odaklı kirlilik ve iklim değişikliği konusunda artan endişelerle, hidrojen sadece yanma üzerine su yayan temiz bir enerji taşıyıcısı olarak dikkat çekiyor. Çeşitli hidrojen üretim yolları arasında, suyu hidrojen ve oksijene bölmek için termal enerji kullanan termal enerji kullanan termokimyasal su bölünmesi özellikle umut verici olarak kabul edilir. Bu sürecin merkezinde, döngülerde oksijeni emen ve serbest bırakan ve etkili bir şekilde “oksijen süngerleri” gibi davranan metal oksitlerin rolü bulunmaktadır.
Bununla birlikte, çoğu geleneksel oksitler anahtar bir sınırlamadan muzdariptir: termodinamik özellikleri nedeniyle etkili bir şekilde çalışmak için son derece yüksek sıcaklıklar gerektirirler. Bu, ticari yaşayabilirliklerini engelledi. Bu zorluğu ele almak için araştırma ekibi, yeni bir demir-fakir nikel ferrit geliştirdi (Fe-fakir nife2O4veya NFO).
Geleneksel oksitler tipik olarak nispeten küçük oksijen emilimine ve salınımına izin veren stokiyometrik olmayan reaksiyonlara dayanırken, Fe-fakir ferrit, daha düşük sıcaklıklarda bile önemli ölçüde daha fazla oksijen kapasitesi sağlayan farklı bir faz transformasyon mekanizması sergiler.
Deneysel sonuçlar, yeni oksitlerin gram oksit başına% 0.528 su-hidrojen dönüşüm verimliliği elde ettiğini gösterdi-önceki en iyi performans gösteren malzeme tarafından belirlenen% 0.250 ölçütünün iki katı.
Bu çalışmayı özellikle dikkat çekici kılan şey, sadece yüksek verimli bir katalizörün gelişimi değil, aynı zamanda ekibin altta yatan mekanizmaları çözme başarısıdır. Deneysel tekniklerin ve hesaplama simülasyonlarının bir kombinasyonunu kullanarak, araştırmacılar ilk kez, hidrojen üretimini atomik düzeyde yönlendiren demir oksit malzemeleri içindeki “yapısal aktif bölgeleri” tanımlayabildiler.
Ayrıca, iki tür demir bölgesi arasındaki bir redoks salınımının hidrojen verimi ile doğrudan ilişkili olduğunu ortaya koydular – daha da etkili katalizörlerin gelecekteki tasarımına rehberlik edebilecek bir içgörü.
Profesör Jin, “Bu çalışma, bol miktarda demir oksitler kullanarak ekonomik ve sürdürülebilir bir hidrojen üretim yolu önermesi açısından anlamlıdır. Aynı zamanda hidrojen üretimi için enerji kaynakları olarak güneş ısısı veya endüstriyel atık ısıyı kullanmanın kapısını açar.” Dedi.
Profesör Han, “Bu çalışma, deneysel ve hesaplamalı bilimlerin disiplinlerarası işbirliği yoluyla temel ilkeleri ortaya çıkarmak için nasıl birlikte çalışabileceğinin zorlayıcı bir örneğidir.”
