Speciális kristályokkal 200 százalékkal nőhet a hidrogéntermelés hatékonysága

A hidrogén kulcsszereplővé válhat a szén-dioxid-mentes jövő felé vezető úton, ám az előállítás hatékonysága eddig jelentős akadályokba ütközött. A Max Planck Intézet áttörése ugyanakkor lehetővé teheti, hogy egy különleges kristály segítségével kétszázszorosára növeljék a vízbontás hatékonyságát.

A tiszta hidrogén előállítása a víz molekuláira bontásával történik, melynek során hidrogén és oxigén szabadul fel. Ez a folyamat a zöld energia egyik ígéretes eszköze, ám az oxigénfejlődési reakció (OER) lassúsága jelentősen visszafogja a hatékonyságot. Ez a folyamat több lépésben zajlik, és a lépések nehezen gyorsíthatóak hagyományos katalizátorokkal. A hidrogén iránti kereslet mindeközben folyamatosan nő, hiszen nemcsak tiszta energiaforrást jelent, hanem az ipari folyamatokban és a megújuló energia tárolásában is kulcsszerepet játszhat. A kutatók ezért új katalizátorok fejlesztésével próbálják áthidalni az OER lassúságából fakadó nehézségeket.

A tanulmány szerint a megoldás a királis kristályokban rejlik: ezek az anyagok egyedi atomi szerkezetüknek köszönhetően különleges kvantumtulajdonságokkal bírnak: képesek manipulálni az elektronok útját, ami gyorsabb reakciót eredményez. „Ezek a kristályok gyakorlatilag kvantumgépek” – magyarázta a kutatást vezető Dr. Xia Wang. A kristályok bal- vagy jobbkezes szerkezete lehetővé teszi, hogy specifikus módon lépjenek kölcsönhatásba fénnyel vagy más molekulákkal, felgyorsítva a vízbontás oxigénfejlődési reakcióját.

Kétszázszoros hatékonyságnövekedés

A kutatók ródiumot, szilíciumot, ónt és bizmutot használtak a kristályok megalkotásához, melyek az elektronokat hatékonyabban irányítják az oxigénképződés helyszínére. Az elektrontranszfer gyorsításával kétszázszorosára nőhet a vízbontás reakciósebessége, jelentősen javítva a folyamat költséghatékonyságát. „Tudatában vagyunk annak, hogy katalizátoraink ritka elemeket tartalmaznak, de bízunk benne, hogy hamarosan fenntarthatóbb alternatívákat is kidolgozunk” – mondta Binghai Yan, a kutatás másik vezetője.

A fejlesztés hatalmas lehetőségeket tartogat az energiaipar számára. A hatékonyabb hidrogéntermelés nemcsak tisztább energiát biztosíthat, hanem hozzájárulhat az ipar, a közlekedés és az otthoni energiaellátás zöldítéséhez is. Bár a tiszta hidrogén előállítása jelenleg még költséges és van egy csomó technológiai akadálya, a Max Planck Intézetéhez hasonló innovációk közelebb hozhatják azt a jövőt, amelyben a hidrogén tényleg az energiaellátás egyik alappillére.

Gábor János, NEW technology