Открит е революционен икономичен и екологичен начин за производство на зелен водород

Учените са разработили бифункционален катализатор за електролиза на вода за високоефективно и стабилно производство на екологично чист водород. Катализаторът демонстрира издръжливост дори в много агресивна киселинна среда – той работи стабилно дори след 100 часа. Благодарение на използването на рутений, силиций и волфрам катализаторът е по-икономичен от конвенционалните катализатори от платина и иридий. Освен това той отделя значително по-малко парникови газове.

Производството на зелен водород чрез електролиза на вода се счита за ключова технология за постигане на въглеродна неутралност. По време на този процес водата се разгражда на съставните си елементи – водород (H2) и кислород (O2) – под въздействието на електрически ток. Това позволява производството на екологично чист водород без емисии на въглероден диоксид. Като катализатори се използват платина и иридий, но те са с ограничени ресурси и висока цена.

Изследователският екип от Националния институт за наука и технологии в Улсан и Корейския институт за модерни технологии се съсредоточава върху намирането на алтернативи на катализаторите от благородни метали, които са стабилни в киселинна среда. Рутеният привлича вниманието на учените, тъй като е екологично чист метал с относително ниски производствени разходи и намалени емисии на парникови газове в сравнение с платината и иридия. Въпреки това комерсиализацията му стана проблематична поради по-ниската му каталитична активност в сравнение с платината и ограничената стабилност в сравнение с иридия.

За да преодолее тези ограничения, изследователският екип е разработил катализатор на основата на рутений, силиций и волфрам. Учените са подобрили функцията на рутениевия катализатор, който обикновено показва ниска стабилност както при реакциите на извличане на водород, така и на кислород. В резултат на това екипът демонстрира потенциала на този катализатор да бъде бифункционален. Тоест да може да участва ефективно и в двете реакции.

Новият катализатор съдържа волфрам и силиций около атома на рутения. Това подобрява способността му да ускорява реакцията чрез по-ефективно адсорбиране на протоните върху повърхността на катализатора. Новият катализатор демонстрира по-голяма активност в реакцията на отделяне на водород в сравнение с наличните в търговската мрежа платинови катализатори. Освен това тънък филм от волфрам с дебелина 5-10 nm предпазва рутеновия каталитичен център, като подобрява неговата стабилност.

Изследователите са провели експеримент за стабилността на катализатора. Използвайки киселинен електролит (с киселинност 0,3), те са приложили ток от 10 mA към електрода. Разработеният катализатор демонстрира стабилна работа дори след 100 часа.

Разработката може да замени скъпите платина и иридий. Очаква се катализаторът да се използва в системите за производство на чист водород, като например PEM електролизерите, тъй като може да се синтезира лесно и се държи стабилно дори при агресивни киселинни условия.