Sci - nature wiki

حافز لإنتاج الهيدروجين الأخضر بكفاءة أكبر – ScienceDaily

0

تتطلب أزمة المناخ تكثيف استخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، ولكن مع التوافر المتقطع ، فإن تخزين الطاقة القابل للتطوير يمثل تحديًا.

ظهر الهيدروجين – وخاصة الهيدروجين الأخضر الخالي من الكربون – كخيار واعد لنقل وتخزين الطاقة النظيفة للطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. لا يضيف أي انبعاثات كربونية إلى الغلاف الجوي ، ولكنه حاليًا مكلف ومعقد في الإنشاء.

طريقة واحدة لإنتاج الهيدروجين الأخضر هي فصل الماء الكهروكيميائي. تتضمن هذه العملية تشغيل الكهرباء عبر الماء في وجود محفزات (مواد تعزيز التفاعل) لإنتاج الهيدروجين والأكسجين.

طور الباحثون في معهد جورجيا للتكنولوجيا ومعهد جورجيا للأبحاث التقنية (GTRI) عملية جديدة لتقسيم المياه والمواد التي تزيد من كفاءة إنتاج الهيدروجين الأخضر ، مما يجعلها خيارًا ميسور التكلفة ويمكن الوصول إليه للشركاء الصناعيين الذين يرغبون في التحول إلى الهيدروجين الأخضر لتخزين الطاقة المتجددة بدلاً من إنتاج الهيدروجين التقليدي الذي ينبعث منه الكربون من الغاز الطبيعي.

تأتي نتائج Georgia Tech في الوقت الذي اتفق فيه خبراء المناخ على أن الهيدروجين سيكون حاسمًا للقطاعات الصناعية الكبرى في العالم لتحقيق أهداف انبعاثاتها الصافية الصفرية. في الصيف الماضي ، حددت إدارة بايدن هدفًا لتقليل تكلفة الهيدروجين النظيف بنسبة 80٪ في عقد واحد. تسعى المبادرة التي تقودها وزارة الطاقة ، التي أطلق عليها اسم Hydrogen Shot ، إلى خفض تكلفة الهيدروجين “النظيف” أو الأخضر إلى دولار واحد للكيلوغرام بحلول عام 2030.

يأمل العلماء في استبدال الغاز الطبيعي والفحم ، المستخدمين حاليًا لتخزين الطاقة الكهربائية الإضافية على مستوى الشبكة ، بالهيدروجين الأخضر لأنه لا يساهم في انبعاثات الكربون ، مما يجعله وسيلة أكثر صداقة للبيئة لتخزين الكهرباء المتجددة. ينصب تركيز أبحاثهم على التحليل الكهربائي ، أو عملية استخدام الكهرباء لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين.

مواد أكثر متانة وأقل تكلفة

يأمل فريق البحث في Georgia Tech في جعل الهيدروجين الأخضر أقل تكلفة وأكثر متانة باستخدام مواد هجينة للمحفز الكهربائي. اليوم ، تعتمد العملية على مكونات معدنية نبيلة باهظة الثمن مثل البلاتين والإيريديوم ، وهما المحفزات المفضلة لإنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي على نطاق واسع. هذه العناصر باهظة الثمن ونادرة ، مما أوقف التحرك لاستبدال الغاز بالطاقة القائمة على الهيدروجين. في الواقع ، شكل الهيدروجين الأخضر أقل من 1٪ من الإنتاج السنوي للهيدروجين في عام 2020 ، ويرجع ذلك في جزء كبير منه إلى هذه التكلفة ، وفقًا لشركة أبحاث السوق Wood Mackenzie.

قال الباحث الرئيسي في الدراسة سيونغ وو لي ، الأستاذ المشارك في كلية جورج دبليو وودروف للهندسة الميكانيكية ، وخبير في تخزين الطاقة الكهروكيميائية: “سيقلل عملنا من استخدام تلك المعادن النبيلة ، ويزيد من نشاطها بالإضافة إلى خيارات الاستخدام”. وأنظمة التحويل.

في ابحاث منشورة في المجلات الحفز التطبيقي ب: بيئي و الطاقة وعلوم البيئة، سلط لي وفريقه الضوء على التفاعلات بين الجسيمات النانوية المعدنية وأكسيد المعدن لدعم تصميم المحفزات الهجينة عالية الأداء.

قال لي: “لقد صممنا فئة جديدة من المحفزات حيث توصلنا إلى ركيزة أكسيد أفضل تستخدم القليل من العناصر النبيلة”. “أظهرت هذه المحفزات الهجينة أداءً فائقًا لكل من الأكسجين والهيدروجين (الانقسام).”

تحليل مقياس النانومتر

اعتمد عملهم على الحساب والنمذجة من شريك البحث ، المعهد الكوري لأبحاث الطاقة ، وقياس الأشعة السينية من جامعة كيونغ بوك الوطنية وجامعة ولاية أوريغون ، والتي استفادت من السنكروترون في البلاد ، وهو أشعة سينية فائقة بحجم ملعب كرة القدم.

أوضح لي: “باستخدام الأشعة السينية ، يمكننا مراقبة التغييرات الهيكلية في المحفز أثناء عملية تقسيم الماء ، على مقياس نانومتر”. “يمكننا التحقيق في حالة الأكسدة أو التكوينات الذرية في ظل ظروف التشغيل.”

قال جينهو بارك ، عالم الأبحاث في GTRI والباحث البارز في البحث ، إن هذا البحث يمكن أن يساعد في تقليل حاجز تكلفة المعدات المستخدمة في إنتاج الهيدروجين الأخضر. إلى جانب تطوير المحفزات الهجينة ، حدد الباحثون القدرة على التحكم في شكل المحفزات وكذلك تفاعل المعادن. كانت الأولويات الرئيسية هي تقليل استخدام المحفز في النظام وفي نفس الوقت ، زيادة متانته نظرًا لأن المحفز يمثل جزءًا كبيرًا من تكلفة المعدات.

وقال “نريد استخدام هذا المحفز لفترة طويلة دون التقليل من أدائه”. “لا يركز بحثنا على صنع المحفز الجديد فحسب ، بل يركز أيضًا على فهم آليات التفاعل الكامنة وراءه. ونعتقد أن جهودنا ستساعد في دعم الفهم الأساسي لتفاعل تقسيم الماء على المحفزات وستوفر رؤى مهمة للباحثين الآخرين في قال بارك.

مسائل الشكل المحفز

من النتائج الرئيسية ، وفقًا لبارك ، دور شكل المحفز في إنتاج الهيدروجين. وقال: “إن بنية سطح المحفز مهم جدًا لتحديد ما إذا كان محسنًا لإنتاج الهيدروجين. ولهذا السبب نحاول التحكم في شكل المحفز بالإضافة إلى التفاعل بين المعادن ومادة الركيزة”.

قال بارك إن بعض التطبيقات الرئيسية التي تم وضعها للاستفادة أولاً تشمل محطات الهيدروجين للمركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود ، والتي تعمل اليوم فقط في ولاية كاليفورنيا ، والشبكات الصغيرة ، وهي نهج مجتمعي جديد لتصميم وتشغيل الشبكات الكهربائية التي تعتمد على النسخ الاحتياطي المدفوعة بالتجديد. قوة.

بينما يجري البحث بشكل جيد في XYZ ، يعمل الفريق حاليًا مع الشركاء لاستكشاف مواد جديدة لإنتاج الهيدروجين بكفاءة باستخدام الذكاء الاصطناعي (AI).

Leave A Reply

Your email address will not be published.