Katalizator gorivnog članka
    Ponedjeljak, 18 Srpanj 2011 13:20

    Katalizator gorivnog članka

    Kemičari na američkom sveučilištu Brown došli su do obećavajućeg napretka u razvoju tehnologije gorivih ćelija. Naime, najveće je ograničenje za praktičnu primjenu te tehnologije stvaranje katalizatora koji može učinkovito i dugotrajno raditi te katalizatora koji koristi manje skupog metala platine. Mnogi istraživači zbog svojstava odabiru dragocjeni metal platinu, ali ona ima dva nedostatka. Skupa je i vremenom se lomi reakcijama u gorivoj ćeliji. Sada su istraživači na Brown University postigli napredak u razvoju te tehnologije. Napravili su jedinstvenu nanočesticu od jezgre i ljuske koja koristi daleko manje platine uz učinkovitiji rad i veću dugotrajnost nego komercijalno dostupni katalizatori od čiste platine koji se koriste na katodama. Kemijska reakcija redukcije kisika odvija se na katodi gorive ćelije, stvarajući vodu kao jedini otpad, umjesto ugljičnog dioksida koji stvaraju motori s unutrašnjim sagorijevanjem čime zagrijavaju atmosferu. Na katodi se također gubi do 40% učinkovitosti gorive ćelije, pa je ovo „ključni korak prema proizvodnji gorivih ćelija koje su konkurentnije motorima s unutrašnjim sagorijevanjem i akumulatorima", kazao je Shouheng Sun, profesor kemije na Brownu i suautor članka objavljenog u časopisu Journal of the American Chemical Society. Istraživački tim izradio je petnanometarsku paladijsku (Pd) jezgru koju su okružili ljuskom od željeza i platine (FePt). Najvažnije je, objašnjava diplomant i suautor članka Vismadeb Mazumder, da se ljuska oblikuje tako da zadrži svoj oblik i da joj je dovoljna najmanja količina platine da omogući učinkovitu reakciju. Tim je izradio ljusku od željeza i platine od željeznog pentakarbonila [Fe(CO)5] i reduciranjem platinskog acetilacetonata [Pt(acac)2]. Tu je tehniku Sun prvi puta opisao u članku objavljenom 2000. godine u časopisu Science. Rezultat reakcije je ljuska koja koristi samo 30% platine, iako istraživači očekuju da će moći izraditi tanju ljusku i koristiti još manje platine. Istraživači su po prvi puta pokazali da mogu proizvesti jedinstvene strukture od jezgre i ljuske. U laboratorijskim testovima nanočestice od paladija i željeza-platine proizvodile su 12 puta više struje od usporedivih komercijalno dostupnih katalizatora od čiste platine. Proizvodnja je ostala jednaka i nakon više od 10 000 ciklusa što je najmanje deset puta dulje od komercijalno dostupnih katalizatora od čiste platine čije mogućnosti počnu opadati nakon 1000 ciklusa. Tim je izradio ljuske od željeza i platine čija se debljina kreće od jednog do tri nanometra. Prilikom testiranja utvrđeno je da se najbolji rezultati postižu s ljuskom od jednog nanometra. „To vrlo dobro pokazuje da se mogu izraditi katalizatori u polugramskim količinama u laboratoriju, da su aktivni i da traju", kaže Mazumder. „Idući korak je prenijeti ih do komercijalne uporabe, a siguran sam da ćemo to moći." Mazumder i Sun proučavaju zašto paladijska jezgra povećava katalitičke mogućnosti željeza-platine, a misle da to ima veze s prijenosom elektrona između jezgre i metala u ljusci. Sada nastoje za jezgru koristiti kemijski aktivnije metale od paladija da potvrde tezu o prijenosu elektrona između jezgre i ljuske i ustanoviti njegovu važnost za djelovanje katalizatora.
    www.znanost.com

    Vodik bi mogao odigrati ključnu ulogu u nadolazećoj eri obnovljivih izvora energije, ukoliko se razvije relativno jeftina i učinkovita metoda proizvodnje koja ne uključuje karbonska goriva.Veliki korak prema tom naizgled nedostižnom cilju učinili su znanstvenici s Državnog laboratorija Lawrence Berkeley (Sveučilište Kalifornija, Berkeley) pri Nacionalnom odjelu za energiju (DOE). Tim je otkrio jeftin metalni katalizator koji učinkovito ubrzava reakciju izlučivanja vodika iz vode. "Naš se novi 'proton-redukcijski' katalizator zasniva na okso-molibden-kompleksu koji je otprilike 70 puta jeftiniji od platine, koja je danas najrašireniji metalni katalizator reakcije razdvajanja molekule vode", navodi Hemamala Karunadasa, jedna od zaslužnih za otkriće ovog kompleksa. "Uz sve prednosti, naš katalizator ne zahtijeva organske dodatke, radi u neutralnom pH (čak i ako je voda prljava), u slanoj vodi (jednom od najbogatijih izvora vodika na planetu) te u neutralnom elektrolitu. Sve ove odlike čine naš katalizator idealnim za kemijske procese dobivanja energije iz obnovljivih i održivih izvora." Karunadasa istovremeno izvršava dužnosti na Odsjeku za kemijske znanosti Laboratorija Berkeley i na Kemijskom odsjeku Sveučilišta u Kaliforniji. Vodeća je autorica znanstvenog rada koji opisuje ovo istraživanje, a bio je objavljen 29. travnja 2010. godine pod naslovom "Molekularni okso-molibden katalizator za proizvodnju vodika iz vode" u časopisu Nature. Ostali autori ovog rada bili su Christopher Chang i Jeffrey Long, također zaposleni u Laboratoriju Berkeley te UC Berkeley. Chang je ujedno i član osoblja na Medicinskom institutu Howard Hughes (HHMI). Bez obzira koristite li ga u novim ili starim gorivim ćelijama za proizvodnju električne energije, plinoviti vodik kao otpadni plin emitira bezopasnu vodenu paru. Upravo je to razlog zbog kojeg bi ova nacija već pohrlila prema ekonomiji baziranoj na vodiku. Jedini je problem nestašica izvora plinovitog vodika. Plinoviti vodik ne nastaje prirodnim procesima i mora se proizvoditi industrijski. Većina plinovitog vodika u SAD-u dolazi iz zemnog plina, iz fosilnog goriva. Iako nije skupa, ova tehnika pridonosi još većoj emisiji spojeva na bazi ugljika. Plinoviti vodik može se dobiti i elektrolizom vode. U toj reakciji koristimo električnu struju za razbijanje molekule vode na kisik i vodik. Radi se o čistoj i održivoj metodi proizvodnje plinovitog vodika, pogotovo ako se potrebna struja proizvodi iz obnovljivih izvora energije poput solarnih ćelija ili vjetra. Ipak, elektroliza zahtijeva i učinkovit katalizator. Priroda je proizvela ekstremno efikasne enzime za razbijanje molekule vode. Ti se enzimi zovu hidrogenaze, a koriste ih biljke tijekom fotosinteze. Ipak, ovi su enzimi iznimno osjetljivi i lako se deaktiviraju čim ih se ukloni iz njima prirodnog okruženja. Ljudske aktivnosti zahtijevaju stabilne metalne katalizatore čija aktivnost ne ovisi o tome nalaze li se u biološkoj okolini ili ne. Metalne katalizatore nije teško nabaviti, ali radi se o niskovalentnim plemenitim metalima čija je cijena previsoka za široku primjenu. Uzmimo na primjer platinu, najplemenitiji među plemenitim metalima. Samo 0.03 kg platine košta čak 2000 dolara. "Osnovni znanstveni problem u ovom istraživanju bila je kreacija molekularnog sustava koji bi proizvodio vodik iz vode uz visoku katalitičku moć i stabilnost", objašnjava Chang. "Vjerujemo kako će naše otkriće molekularnog katalizatora na bazi okso-molibdena za proizvodnju vodika iz vode bez potrebe za karbonskim dodacima, postaviti novu paradigmu na polju moćne redukcijske katalize u vodenoj sredini." Molibden-okso kompleks koji su otkrili Karunadasa, Chang i Long zapravo je visokovalentan metal kemijskog imena (PY5Me2)Mo-oxo. Kroz svoja su istraživanja članovi tima otkrili kako taj kompleks katalizira proizvodnju plinovitog vodika iz neutralne ili čak morske vode i to uz obrtni broj od čak 2.4 mola vodika po molu katalizatora u sekundi. "Ovaj okso-metal kompleks predstavlja osnovnu ideju redukcijske katalize koju odlikuje visoka aktivnost i stabilnost u vodenom mediju. Sada smo fokusirani na modifikaciju PY5Me liganda te istraživanje drugih metalnih kompleksa na bazi sličnih liganada. Na taj se način nadamo poboljšati iskorištenje električne struje, ali i istražiti mogućnost katalitičkih procesa koje pokreće svjetlost. Posebna je pažnja posvećena kemiji važnoj za razvoj održivih ciklusa energije", navodi Long. Ovo je istraživanje dijelom financijski podupro Odjel za znanost pri Centru za istraživanje solarne energije (Laboratorij Berkeley), a dijelom Nacionalna fondacija za znanost. Laboratorij Berkeley dio je Nacionalnog laboratorija pri Odjelu za energiju, smješten u Berkeleyju (Kalifornija). Tamo se provode javna znanstvena istraživanja, a sam se laboratorij nalazi se pod upravom Sveučilišta u Kaliforniji.
    www.znanost.com
    Pročitano 1273 puta

    Energetski Projekti

    hrastovic energetski projekti banner

    Energetski Video

    hrastovic energetski video banner

    Energetski Članci

    hrastovic energetski clanci banner

    Random video

    Udruga SOLAR

    Udruga SOLAR  je nastala 2011. godine kao potreba organiziranja civilnog društva u smjeru korištenja i primjene obnovljivih izvora energije, primjene alternativnih izvora energije te povećanja energijske učinkovitosti na razini korisnika i lokalne zajednice.

    Opširnije

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture.

    Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.

    Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.

    Kralja Tomislava 82
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail:dario.hrastovic@gmail.com
    Fax: 031-815-006
    Mobitel:099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive