hydrogen mula sa tubig9 9

may mga istasyon ng hydrogen power sa CaliforniaSa bagong Japanese consumer car at portable hydrogen fuel cells para sa electronics, hydrogen bilang isang zero emission fuel source ay sa wakas ngayon ay nagiging isang katotohanan para sa average na mamimili. Kapag pinagsama sa oxygen sa pagkakaroon ng isang katalista, ang hydrogen ay naglalabas ng enerhiya at mga bono na may oxygen na bumubuo ng tubig.

Ang dalawang pangunahing problema na pumipigil sa amin na magkaroon ng lakas ng haydroga ang lahat ng mayroon kami imbakan at produksyon. Sa ngayon, ang produksyon ng haydroga ay masinsin at masagana sa enerhiya. Karaniwan, ang industriya ng produksyon ng hydrogen ay nangangailangan ng mataas na temperatura, malalaking kagamitan at isang napakalaking dami ng enerhiya. Sa katunayan, karaniwan ito ay nagmumula sa fossil fuels tulad ng natural gas - at samakatuwid ay hindi talaga isang zero-emission fuel source. Ang pagsasagawa ng proseso ng mas mura, mabisa at napapanatiling ay magiging isang mahabang paraan patungo sa paggawa ng hydrogen na mas karaniwang ginagamit na gasolina.

Ang isang mahusay - at sagana - pinagmulan ng hydrogen ay tubig. Ngunit chemically, na nangangailangan ng pagtaliwas sa reaksyon kung saan hydrogen ay naglalabas ng enerhiya kapag pinagsasama sa iba pang mga kemikal. Ito ay nangangahulugan na kailangan naming ilagay ang enerhiya sa isang tambalan, upang makuha ang hydrogen out. Ang pag-maximize ng kahusayan ng prosesong ito ay magiging makabuluhang pag-unlad patungo sa hinaharap na malinis na enerhiya.

Ang isang paraan ay nagsasangkot ng paghahalo ng tubig na may nakakatulong na kemikal, isang katalista, upang mabawasan ang dami ng enerhiya na kinakailangan upang masira ang mga koneksyon sa pagitan ng mga atomo ng atomo at oxygen. Mayroong ilang mga promising catalysts para sa henerasyon ng hydrogen, kabilang molibdenum sulfide, graphene at cadmium sulfate. Ang aking pananaliksik ay nakatuon sa pagbabago ng mga molekular na katangian ng molibdenum sulfide upang gawing epektibo at mas mabisa ang reaksyon.

Paggawa ng hydrogen

Hydrogen ay ang pinaka-sagana sangkap sa uniberso, but it’s rarely available as pure hydrogen. Rather, it combines with other elements to form a great many chemicals and compounds, such as organic solvents like methanol, and proteins in the human body. Its pure form, H?, can used as a transportable and efficient fuel.


innerself subscribe graphic


May mga maraming paraan upang makagawa ng hydrogen upang maging kapaki-pakinabang bilang gasolina. Ginagamit ng elektrolisis ang kuryente upang hatiin ang tubig sa hydrogen at oxygen. Pagbabago ng steam methane nagsisimula sa methane (apat na mga atomo ng hydrogen na nakatali sa isang atom ng carbon) at pinain ito, na naghihiwalay sa hydrogen mula sa carbon. Ang pamamaraan ng enerhiya na ito ay karaniwang kung paano gumagawa ang mga industriya ng hydrogen na ginagamit sa mga bagay na tulad ng paggawa ng amonya o pagdalisay ng langis.

Ang paraan na ako ay nakatuon sa ay photocatalytic water splitting. Sa tulong ng isang katalista, ang dami ng enerhiya na kailangan upang "hatiin" ang tubig sa hydrogen at oxygen ay maaaring ibigay sa pamamagitan ng isa pang likas na mapagkukunan - liwanag. Kapag nakalantad sa liwanag, ang isang wastong pinaghalong tubig at isang katalista ay gumagawa ng parehong oxygen at hydrogen. Ito ay talagang kaakit-akit sa industriya sapagkat ito ay nagpapahintulot sa amin na gumamit ng tubig bilang pinagkukunan ng hydrogen sa halip na mga maruruming fossil fuels.

Pag-unawa sa mga catalyst

Tulad ng hindi bawat dalawang tao ay nagsimula ng isang pag-uusap kung sila ay nasa parehong elevator, ang ilang mga pakikipag-ugnayan ng kemikal ay hindi mangyayari dahil lamang sa ipinakilala ang dalawang materyales. Ang mga molecule ng tubig ay maaaring hatiin sa hydrogen at oxygen na may pagdaragdag ng enerhiya, ngunit ang halaga ng enerhiya na kinakailangan ay higit pa sa ay mabuo bilang isang resulta ng reaksyon.

Minsan tumatagal ng isang third party upang makakuha ng mga bagay na pagpunta. Sa kimika, tinatawag itong katalista. Sa chemically speaking, ang isang katalista ay nagpapababa ng halaga ng enerhiya na kailangan para sa dalawang compound upang umepekto. Ang ilang mga catalysts ay gumana lamang kapag nalantad sa liwanag. Ang mga compound na ito, tulad ng titan dioxide, ay tinatawag na photocatalysts.

Sa pamamagitan ng isang photocatalyst sa mix, ang enerhiya na kailangan upang mahati ang tubig ay bumaba nang malaki, upang ang pagsisikap ay magkakaroon ng pakinabang sa enerhiya sa dulo ng proseso. Maaari nating gawing mas mahusay ang paghahati sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isa pang substansiya, sa isang papel na tinatawag na co-catalyst. Ang mga co-catalyst sa henerasyon ng hydrogen ay nagbabago sa elektronikong istraktura ng reaksyon, na nagiging mas epektibo sa paggawa ng hydrogen.

Sa ngayon, walang mga commercialized system para sa paggawa ng hydrogen sa ganitong paraan. Ito ay bahagi dahil sa gastos. Ang pinakamahusay na catalysts at co-catalysts na natagpuan namin ay mahusay sa pagtulong sa reaksyon ng kemikal, ngunit napakamahal. Halimbawa, ang unang promising na kumbinasyon, titan dioxide at platinum, ay natuklasan sa 1972. Ang Platinum, gayunpaman, ay isang napakamahal na metal (higit sa US $ 1,000 bawat onsa). Kahit rhenium, isa pang kapaki-pakinabang na katalista, nagkakarga sa paligid ng $ 70 isang onsa. Ang mga metal na tulad nito ay napakabihirang sa crust ng Daigdig na ginagawa nito hindi angkop para sa mga malalaking application kahit na may mga proseso na binuo sa i-recycle ang mga materyales na ito.

Paghahanap ng isang bagong katalista

Mayroong maraming mga kinakailangan para sa isang mahusay na katalista, tulad ng pagiging ma-recycle at pagiging able sa mapaglabanan ang init at presyon na kasangkot sa reaksyon. Ngunit tulad ng napakahalaga ay kung paano karaniwang ang materyal ay, dahil ang pinaka-masagana catalysts ay ang cheapest.

One of the newest and most promising materials is molybdenum sulfide, MoS?. Because it is made up of the elements molybdenum and sulfur – both relatively common on Earth – it is far cheaper than more traditional catalysts, na rin sa ilalim ng isang dolyar bawat onsa. Mayroon din itong tamang elektronikong katangian at iba pang mga katangian.

Bago ang huli 1990s, natuklasan ng mga mananaliksik na ang molibdenum sulfide ay hindi partikular na epektibo sa paggawa ng tubig sa hydrogen. Ngunit iyon ay dahil ang mga mananaliksik ay gumagamit ng makapal na mga chunks ng mineral, mahalagang ang form na ito sa kapag mined mula sa lupa. Gayunpaman, maaari nating gamitin ang mga prosesong ito ngayon deposition ng kemikal ng singaw or mga proseso na nakabatay sa solusyon to create much thinner crystals of MoS? – even down to the thickness of a single molecule – which are vastly more efficient at extracting hydrogen from water.

Mas mahusay ang paggawa ng proseso

Ang molibdenum sulfide ay maaaring gawing mas epektibo sa pamamagitan ng pagmamanipula ng mga pisikal at elektrikal na katangian nito. Ang isang proseso na kilala bilang "pagbabago ng bahagi" ay gumagawa ng higit na sangkap na magagamit upang lumahok sa reaksyon ng paggawa ng hydrogen.

Kapag ang molibdenum sulfide ay bumubuo ng mga kristal, ang mga atomo at molecule sa labas ng solid mass ay handa na tanggapin o mag-donate ng mga elektron sa tubig when excited by light to drive the creation of hydrogen. Normally, the MoS? molecules on the inside of the structure will not donate or accept electrons bilang mahusay na bilang ng mga gilid ng mga site, at sa gayon ay hindi maaaring makatulong ng mas maraming sa reaksyon.

But adding energy to the MoS? by bombarding ito ng mga electron, O pagdaragdag ng nakapaligid na presyon, nagiging sanhi ng tinatawag na "pagbabago ng bahagi" na mangyari. Ang bahagi ng pagbabago na ito ay hindi kung ano ang iyong natutunan sa pangunahing kimika (na kinasasangkutan ng isang substansiya na kumukuha ng mga anyo ng gas, likido o solid) ngunit sa halip isang kaunting estruktural pagbabago sa molekular na pag-aayos na changes the MoS? from a semiconductor to a metal.

Bilang resulta, ang mga de-koryenteng katangian ng mga molecule sa loob ay magagamit din sa reaksyon. Ginagawa nito ang parehong halaga ng katalista potensyal 600 beses mas epektibo sa hydrogen evolution reaction.

Kung ang mga pamamaraan sa likod ng ganitong uri ng pagsisimula ay maaaring maging perpekto, pagkatapos ay maaari naming maging isang malaking hakbang na mas malapit sa paggawa ng produksyon ng haydroga na mas mura at mas mahusay, na kung saan ay dadalhin kami papunta sa hinaharap na pinapatakbo ng tunay na malinis, nababagong enerhiya.

Tungkol sa Ang May-akda

Peter Byrley, Ph.D. Kandidato sa Chemical Engineering, University of California, Riverside

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay Books

at InnerSelf Market at Amazon