प्लॅटिनमशिवाय हायड्रोजन कॅटॅलिस्टने 1,000 तासांचे औद्योगिक मानक गाठले

स्वस्त हायड्रोजन निर्मितीचा मार्ग आकार घेत आहे

हायड्रोजनला दीर्घकाळ अशा उद्योग आणि अनुप्रयोगांसाठी एक आशादायक ऊर्जा वाहक मानले गेले आहे, ज्यांना थेट विद्युतीकरण करणे कठीण आहे. पण या तंत्रज्ञानातील एक मुख्य आर्थिक अडथळा म्हणजे स्वच्छ पद्धतीने, मोठ्या प्रमाणात हायड्रोजन तयार करण्याचा खर्च. नवीकरणीय वीजेवर चालणारे जल-विद्युत अपघटन हे करू शकते, पण अशा प्रणालींना अनेकदा उत्तम कार्यक्षमतेसाठी आणि टिकाऊपणासाठी महागड्या प्लॅटिनम-गट धातूंवर अवलंबून राहावे लागते.

सेंट लुईसमधील Washington University मध्ये Gang Wu यांच्या नेतृत्वाखालील एका संशोधन पथकाचे म्हणणे आहे की त्यांनी एक संभाव्य पर्याय दाखवला आहे: anion-exchange membrane water electrolyzer मध्ये वापरण्यासाठी दोन phosphides पासून बनवलेला प्लॅटिनमशिवाय कॅटॅलिस्ट. दिलेल्या स्रोत मजकुरानुसार, हा कॅटॅलिस्ट उद्योग-मानक परिस्थितीत 1,000 तास चालला आणि nickel iron anode सोबत जोडल्यावर state-of-the-art तुलना cathode आणि platinum-group-metal benchmark या दोन्हींना मागे टाकले.

Journal of the American Chemical Society मध्ये प्रकाशित झालेला हा अभ्यास स्वच्छ हायड्रोजन क्षेत्रातील एक महत्त्वाचे ध्येय दाखवतो: कार्यक्षमतेत तडजोड न करता दुर्मिळ आणि महागड्या कॅटॅलिस्ट पदार्थांवरील अवलंबित्व कमी करणे. हा तोल सुधारला, तर नवीकरणीय हायड्रोजन निर्मितीची अर्थव्यवस्था ऊर्जा साठवण, औद्योगिक फीडस्टॉक, आणि भविष्यातील वाहतूक वापरांसाठी अधिक आकर्षक ठरू शकते.

प्लॅटिनम-गट धातू इतकी मोठी अडचण का आहेत

इलेक्ट्रोलायझर वीज वापरून पाणी हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनमध्ये विभाजित करतात. तत्त्वतः ही प्रक्रिया सोपी आहे. प्रत्यक्षात, उच्च कार्यक्षमता आणि दीर्घ कार्यायुष्य मिळवण्यासाठी अशी कॅटॅलिस्ट सामग्री लागते जी अभिक्रिया वेगवान करेल आणि कठोर विद्युत-रासायनिक परिस्थिती सहन करेल.

याठिकाणी ऐतिहासिकदृष्ट्या प्लॅटिनम-गट धातूंना आघाडी मिळाली. त्या अत्यंत प्रभावी आहेत, पण महागही आहेत. त्यांच्या किमतीमुळे इलेक्ट्रोलायझर प्रणालींची भांडवली किंमत वाढू शकते आणि तंत्रज्ञानाचा आर्थिकदृष्ट्या कितपत विस्तार करता येईल हे मर्यादित होऊ शकते. स्वच्छ हायड्रोजन समर्थकांसाठी, या सामग्रीची जागा घेणे किंवा त्यांचा वापर कमी करणे हे तैनातीवरील अडथळे कमी करण्याचे सर्वात थेट मार्गांपैकी एक आहे.

Washington University पथकाने anion-exchange membrane water electrolyzers, किंवा AEMWEs, वर लक्ष केंद्रित केले. काही इतर इलेक्ट्रोलायझर रचनांच्या तुलनेत कमी खर्चाच्या सामग्रींसह उच्च कार्यक्षमता देणारा मार्ग हा आर्किटेक्चर देते म्हणून ते आकर्षक आहे. पण यश अजूनही सक्रिय आणि टिकाऊ कॅटॅलिस्ट शोधण्यावर अवलंबून आहे.

संशोधकांनी काय तयार केले

स्रोत मजकुरात वर्णन केल्याप्रमाणे, पथकाने दोन phosphides पासून बनवलेला heterostructure कॅटॅलिस्ट तयार केला. दोन सामग्री एक composite मध्ये एकत्र करून, हायड्रोजन निष्कर्षण प्रक्रियेत कॅटॅलिटिक क्रिया वाढवली, असा संशोधकांचा दावा आहे. Wu यांनी या कामामागील प्रेरणा व्यवहार्य भाषेत स्पष्ट केली: सूर्य, वारा किंवा पाण्यापासून मिळणारी नवीकरणीय वीज वापरून पाण्यातून हायड्रोजन वेगळे करता येते, ज्यामुळे ऊर्जा अशा इंधनात साठवली जाते जे नंतर अनेक अनुप्रयोगांसाठी वापरता येईल.

तो साठवण पैलू मध्यवर्ती आहे. हायड्रोजन फक्त इंधन नाही; तो नवीकरणीय ऊर्जा वेळेत आणि वापरप्रकरणांमध्ये हलवण्याचा एक मार्ग आहे. जादा नवीकरणीय उत्पादन हायड्रोजनमध्ये रूपांतरित करता येते, जे नंतर रासायनिक उत्पादन, औद्योगिक उष्णता, किंवा योग्य परिस्थितीत वीज निर्मिती आणि वाहतुकीसाठीही वापरले जाऊ शकते.

स्रोत मजकुरानुसार, phosphide कॅटॅलिस्ट nickel iron anode सोबत एकत्रित केल्यावर, तयार cathode ने विविध सामग्रीपासून बनवलेल्या state-of-the-art cathode आणि platinum-group-metal benchmark या दोन्हींपेक्षा चांगले काम केले. तितकेच महत्त्वाचे म्हणजे, त्याने उद्योग-मानक परिस्थितीत 1,000 तास संचालन टिकवले.

1,000 तासांचा निकाल का महत्त्वाचा आहे

इलेक्ट्रोलिसिस संशोधनात कार्यक्षमतेच्या बातम्या सामान्य आहेत, पण वाणिज्यिकदृष्ट्या निकाल अर्थपूर्ण आहे की नाही हे बहुतेक वेळा टिकाऊपणा ठरवतो. उत्कृष्ट उत्पादन देणारा पण लवकर खराब होणारा कॅटॅलिस्ट खर्चाची समस्या सोडवणार नाही. प्रत्यक्ष तैनातीसाठी दीर्घकालीन संचालन आवश्यक असते.

म्हणूनच स्रोत मजकुरातील 1,000 तासांचा आकडा महत्त्वाचा आहे, कारण तो प्रयोगशाळेतील ऑप्टिमायझेशनपुरता मर्यादित नसून, औद्योगिक प्रासंगिकता दर्शवणाऱ्या परिस्थितीत सहनशक्ती सूचित करतो. हे स्वतःहून मोठ्या प्रमाणात तैनातीसाठी तयारी सिद्ध करत नाही, पण प्लॅटिनमशिवायची प्रणाली विद्यमान सामग्रीशी असलेले अंतर कमी करत आहेत, याचा तो मजबूत संकेत आहे.

हा निकाल धोरणात्मकदृष्ट्याही महत्त्वाचा आहे. जर मौल्यवान नसलेले कॅटॅलिस्ट मजबूत क्रिया आणि चालू स्थितीतील स्थिरता देऊ शकले, तर उत्पादकांना सामग्री पुरवठा आणि platinum-group metals शी संबंधित कमोडिटी धक्क्यांना तोंड देणाऱ्या प्रणाली डिझाइन करण्यासाठी अधिक लवचिकता मिळू शकते.

याचा स्वच्छ ऊर्जा प्रणालींसाठी अर्थ काय असू शकतो

सर्वात मोठा परिणाम खर्चावर होईल. इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे तयार होणारा हायड्रोजन, विशेषतः वीजेच्या किमती आणि भांडवली खर्च जास्त असताना, अनेकदा fossil-derived hydrogen शी स्पर्धा करण्यात अडचणीत येतो. कमी किमतीचे कॅटॅलिस्ट संपूर्ण समीकरण सोडवणार नाहीत, पण इलेक्ट्रोलायझर तैनातीचा प्रारंभिक खर्च कमी करू शकतात.

हे काम ऊर्जा-साठवणीच्या व्यापक कोड्यातही बसते. नवीकरणीय ऊर्जेच्या वाढीमुळे दीर्घ काळ वीज साठवू शकणाऱ्या आणि थेट विद्युतीकरण कठीण असलेल्या क्षेत्रांना मदत करणाऱ्या तंत्रज्ञानाची गरज वाढली आहे. हायड्रोजन हा एक पर्याय आहे कारण तो साठवलेली ऊर्जा आणि औद्योगिक इनपुट, दोन्ही म्हणून काम करू शकतो.

त्याचा अर्थ असा नाही की प्रत्येक हायड्रोजन वापरप्रकरण रातोरात आर्थिक किंवा योग्य ठरेल. पायाभूत सुविधा, वाहतूक, रूपांतरण तोटे, आणि बाजार रचना अजूनही महत्त्वाची आहेत. पण तंत्रज्ञानाच्या सततच्या खर्च-केंद्रांपैकी एकावर प्रहार करणाऱ्या सामग्रीतील प्रगती उल्लेखनीय आहे, कारण ती संपूर्ण वर्गाच्या मूलभूत अर्थशास्त्रात सुधारणा करते.

पुढची चाचणी म्हणजे प्रत्यक्ष रूपांतर

अनेक सामग्रीगत प्रगतीप्रमाणे, उरलेला प्रश्न असा आहे की हा निकाल प्रकाशित अभ्यासातून व्यावसायिक हार्डवेअरमध्ये किती सहजतेने स्केल होतो. उत्पादन सुसंगतता, 1,000 तासांपलीकडील आयुष्य, प्रणाली एकत्रीकरण, आणि प्रत्यक्ष खर्च कपात हे सर्व सिद्ध करावे लागेल.

तरीही, हा अभ्यास हा युक्तिवाद अधिक बळकट करतो की स्वच्छ हायड्रोजन क्षेत्राला platinum-group metal अवलंबित्व कायमचे बंधन म्हणून स्वीकारावे लागणार नाही. स्रोत मजकुराने समर्थित मूळ दावा आधीच अर्थपूर्ण आहे: anion-exchange membrane water electrolyzer मध्ये एक phosphide-आधारित, प्लॅटिनमशिवाय कॅटॅलिस्ट कार्यक्षम हायड्रोजन उत्पादन देत होता आणि उद्योग-मानक परिस्थितीत 1,000 तास चालला.

हे कार्यप्रदर्शन पुनरावृत्त आणि विस्तारता आले, तर ही प्रगती प्रयोगशाळेपलीकडेही महत्त्वाची ठरेल. त्यामुळे नवीकरणीय हायड्रोजनची सर्वात कठीण अभियांत्रिकी आणि खर्चात्मक आव्हाने अधिक हाताळण्याजोगी होत असल्याचे सूचित होईल, आणि मोठ्या प्रमाणावरील, कमी किमतीच्या इलेक्ट्रोलिसिसला प्रत्यक्ष वास्तवाच्या जवळ आणेल.

हा लेख Phys.org च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.