جداسازی هیدروژن از آب دریا با کاتالیزور استثنایی جدید و به قیمت ارزان ممکن شد. تجارت هیدروژن سبز منتظر روزهای باشکوهی است.

پاژ نیوز |  اگر روشهای تولید هیدورژن سبز  مقادیر زیادی آب شیرین مصرف کند یا منجر به تولید کلر سمی شود، نمی‌توان آن را دوستدار محیط زیست دانست. با وجود رعایت این قاعد ممیزی کلیدی و بسیار مهم محققان RMIT اظهارکردند روش آنها ارزان نیز هست.

تحقیقات در مورد تولید هیدروژن سبز در حال حاضر با سرعتی قابل توجه در حال پیشرفت است، زیرا کشورها در سرتاسر جهان به دنبال تثبیت خود در چیزی هستند که انتظار می‌رود تبدیل به یک بازار جهانی بزرگ برای سوخت‌های پاک شود.

در این زمینه پتانسیل گسترده انرژی تجدیدپذیر استرالیا و اقتصاد متمرکز بر صادرات این کشور به‌خوبی می‌تواند در حجم بالا در سطح بین‌المللی رقابت کند. اما به‌عنوان قاره‌ای که تحت سلطه بیابان است، از کمبود آب و خطرات حمل‌ونقل خون زمین خود به خارج از کشور نیز آگاه است.

ایجاد هیدروژن سبز از آب دریا سخت‌تر از استفاده از آب شیرین است. خوردگی و همچنین ناخالصی‌ها و میکروارگانیسم های زیادی وجود دارد.

شما به مکان‌های ساحلی نزدیک به انرژی‌های تجدیدپذیر نیاز دارید، البته برای کشوری به بزرگی و نسبتاً تُنک از لحاظ جمعتیی مانند استرالیا مشکلی نیست، اما قطعاً نکته کلیدی در مناطق دیگر است.

در مقیاسی چنین بزرگ، باید به این فکر کنید که پس از اتمام کار، چه چیزی را به اقیانوس باز می‌گردانید، چه سطح خطرناکی از شوری ایجاد می‌کنید یا غلظت‌های بالای کلر سمی را به محیط دریایی برمی‌گردانید.

لیکن نمی‌توان منکر مزایای بسیار زیاد این رویکرد شد. نه‌تنها هنگام استفاده از آب دریا، منبع آب شما رایگان است، بلکه اگر هیدروژن سوخته شود یا از طریق پیل سوختی به صورت محلی مصرف شود، آب تازه نیز منتشر می‌شود که می‌توان با آب فیلتر شده، زمین خشک را نیز تغذیه کرد. امکان تولید آب شیرین شده یک امتیاز عالی است.

از این رو، در حال حاضر تیم‌های زیادی روی تکنیک‌های الکترولیز کار می‌کنند که هیدروژن سبز را از آب دریا تولید می‌کنند. در ماه دسامبر  یک دستگاه کارآمد چینی معرفی شده بود که از اختلاف فشار بخار برای تبخیر خودبه‌خود آب خالص از آب دریا و سپس الکترولیز آن استفاده می‌کرد.

چند هفته پیش، تیمی بین‌المللی را نیز محصول فابل توجهی را معرفی کرد که یک راهکار سریع برای الکترولیزهای استاندارد بود و آنها را به خوبی روی آب دریا تبدیل می‌کرد.

حتی در منطقه خاور زمین در سال ۲۰۲۱،  روش بسیار هیجان انگیزی در عربستان سعودی به‌کار گرفته می‌شود که نه‌تنها هیدروژن، بلکه مقادیر قابل فروش کلر و لیتیوم فسفات با کیفبت خوب را برای تولید باتری  جذب می کند، که می‌تواند یک مشکل جهانی پساب یا فاصلاب اضافی را برطرف کند و به نظر می‌رسد آینده تجاری بسیار خوبی در جهان داشته باشد.

اکنون دانشمندان در RMIT استرالیا رویکرد دیگری را با پتانسیل زیاد برای تولید هیدروژن سبز با کارآمدی بالا و کم هزینه  و تولید مستقیماً از آب دریا، بدون ایجاد کلر، معرفی کردند. چرا که بزرگترین مانع استفاده از آب دریا، تولید کلر است که می تواند به عنوان یک محصول ناخواسته تولید شود.

دکتر نصیر محمود، محقق اصلی در مقاله ای اظهار کرد: اگر بخواهیم نیازهای هیدروژن جهان [با استفاده از آب دریا] را بدون حل این مشکل تامین کنیم، سالانه ۲۴۰ میلیون تن کلر تولید می‌کنیم که سه تا چهار برابر نیاز جهان به کلر است. هیچ دستارودی نخواهیم داشت ودر واقع تنها  جایگزینی  برای هیدروژن ساخته شده توسط سوخت‌های فسیلی با  هیدروژنی شدیم که می‌تواند به روشی متفاوت به محیط زیست ما آسیب برساند. لیکن فرآیند ما نه تنها دی اکسید کربن را حذف می‌کند، بلکه منجر به تولید کلر نیز نمی‌شود.

دستگاه RMIT از کاتالیزور جدیدی ساخته شده از ورقه های نیکل مولیبدن فسفید دوپ شده با نیتروژن (NiMo3P) استفاده می‌کند. در سرتاسر هر لایه ورق، منافذ بزرگی وجود دارد که  مقیاس نانو بزرگ  طراحی شده تا منجربه تسریع فعالیت کاتالیزوری و انتقال جرم شود.

تیم پژوهشی اعلام کرده که تقویت نیتروژن تعدادی عملکرد از جمله افزایش رسانایی، بهینه‌سازی چگالی الکترونیکی و شیمی سطح و ایجاد مکان‌های فعال جدید برای کاتالیز آب در ورق‌ها را انجام می‌دهد. خواص الکترومنفی که هنگام پیوند نیتروژن به فلزات سطحی ایجاد می‌شود، به جلوگیری از تماس یون‌ها و مولکول‌های ناخواسته با سطح کاتالیزور کمک می‌کند و وجود یون‌های فسفات، سولفات، نیترات و هیدروکسیل روی سطح باعث  جلوگیری از خوردگی می‌شود.

تیم به طور تجربی دریافتند که این کاتالیزور کارایی فوق‌العاده‌ای دارد و احتمال تولید کلر را کاملاً از بین می‌برد. در این مطالعه آمده که ورق‌های N-NiMo3P مقادیر فوق‌العاده‌ای از HER [واکنش تکامل هیدروژن] ۲۳ و ۳۵ میلی‌ولت در ۱۰ mA cm−۲ را در الکترولیت‌های قلیایی و آب دریا نشان می‌دهند.

علاوه بر این، برای تجزیه کامل آب، تنها به ۱٫۵۲ و ۱٫۵۵ ولت برای دستیابی به ۱۰ mA cm−۲ در الکترولیت قلیایی و آب دریا به ترتیب نیاز است. این نتایج استثنایی نشان می دهد که هیدروژن کم هزینه را می توان با تنظیم ساختار و ترکیب از آب دریا تولید کرد.

محمود در بیانیه مطبوعاتی خاطر نشان کرد: این کاتالیزورهای جدید برای کارکردن انرژی بسیار کمی مصرف می‌کنند و می توانند در دمای اتاق نیز استفاده شوند. آنها همچنین راهی نسبتاً ارزان و آسان برای تولید در مقیاس عظیمی هستند و این همان چیزی است که بازار هیدروژن سبز تقاضا می‌کند.

محمود گفت: برای اینکه هیدروژنی که ما استفاده می کنیم واقعاً ارزشمند باشد، باید در کل چرخه عمر  ۱۰۰ درصد بدون تولید کربن باشد و نباید به ذخایر گرانبهای آب شیرین جهان آسیب برساند. روش ما برای تولید هیدروژن مستقیم از آب دریا ساده است. مقیاس‌پذیر و بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر از هر رویکرد هیدروژن سبز در حال حاضر در بازار است. با توسعه بیشتر، ما امیدواریم که این بتواند به ایجاد یک صنعت پر رونق هیدروژن سبز در استرالیا کمک کنیم.

با ادامه تحقیقات، تیم به سمت افزایش مقیاس تولید حرکت خواهد کرد. گام بعدی ساختن یک سیستم الکترولیزور اولیه است که پشته‌ای از این صفحات کاتالیزور را اجرا کند، تا مقادیر زیادی هیدروژن تولید شده و کارایی در سطح سیستم را در مقیاس بهینه‌سازی کند.

محمود معتقد است این فناوری می تواند در دستیابی به هدف دولت استرالیا مبنی بر تولید هیدروژن سبز با هزینه ۲ دلار استرالیا (۱٫۴۰ دلار برای هر کیلوگرم) کمک کند، سطحی که در آن  این استراتژی با  هزینه هیدروژن کثیف تولید شده از طریق سوخت‌های فسیلی عرصه رقابتی جدیدی را باز می‌کند.