Die Produktion von Wasserstoff als Kraftstoff macht einen großen Sprung nach vorn
Die Produktion von Wasserstoff als Kraftstoff macht einen großen Sprung nach vorn
Anonim

Mit Supercomputern hat ein Forschungsteam des Trinity College Dublin (TCD) einen entscheidenden Schritt zur kostengünstigen, effizienten und industriellen Produktion von umweltfreundlichem Wasserstofftreibstoff getan.

Wasserstoffkraftstoff wird seit langem als alternative und wichtige umweltfreundliche Kraftstoffquelle angesehen, die in einigen der am stärksten umweltschädlichen Sektoren wie Transport und Industrie besonders nützlich sein kann. Die Herstellung von Wasserstoffkraftstoff in kommerziellen Mengen ist jedoch kompliziert und teuer.

Wasserstoff als Kraftstoff wird hergestellt, indem Wasser in Sauerstoff und energiereichen Wasserstoff gespalten wird, der dann gesammelt und in Brennstoffzellen gespeichert wird. Das einzige Problem ist, dass dieser Prozess sehr viel Strom benötigt. Infolgedessen ist Wasserstoffkraftstoff kommerziell unrentabel geblieben. Dieser Nachteil hat dazu geführt, dass das weitaus umweltschädlichere Erdgas die beliebteste Alternative zum Ersatz von Erdöl ist.

TCD-Forscher wiesen auf das grundlegende Problem hin, mit dem sie konfrontiert sind, und jedes andere Team, das sich mit diesem Problem beschäftigt hat, ist, dass Wasser sehr stabil ist. Wasser braucht viel Energie, um sich in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten.

Eine schwierige Barriere, die es zu überwinden gilt, ist auch die Energie oder das "Überpotential", die mit der Sauerstoffproduktion verbunden ist. Dieses Überpotential ist der Flaschenhals, der die Spaltung von Wasser daran hindert, Wasserstoff zu produzieren.

In einer Elektrolysezelle bedeutet das Vorhandensein einer Überspannung, dass die Zelle mehr Energie benötigt, als thermodynamisch erwartet wird, um eine Reaktion wie eine Elektrolyse anzutreiben. Die zusätzlich erzeugte Energie geht als Wärme verloren.

Damit Wasserstoff ein emissionsfreier Kraftstoff wird, muss seine Produktion mit erneuerbarem Strom in der Nähe von Wind- oder Solarparks betrieben werden. Eine Produktion im industriellen Maßstab wird nur möglich, wenn bezahlbare Katalysatoren gefunden werden, die das Überpotential von Sauerstoff im Produktionsprozess begrenzen.

Durch die Kombination leistungsstarker Supercomputer und führender Chemieforschung haben die TCD-Forscher einen großen Schritt auf dem Weg zum heiligen Gral der Katalyse gemacht. Dadurch scheint das gefürchtete Überpotenzialproblem nun leichter zu überwinden. Forscher haben es auch einfacher gemacht, nach dem schwer fassbaren "grünen Kugel"-Katalysator zu suchen.

"Wir wissen, was wir jetzt optimieren müssen, also müssen wir nur die richtigen Kombinationen finden", sagte Michael Craig von TCD, Hauptautor der in Nature Communications veröffentlichten Studie.

Das Team wird nun KI (künstliche Intelligenz) verwenden, um eine große Anzahl von auf der Erde reichlich vorhandenen Metallen und Liganden (die sie zusammenkleben, um die Katalysatoren zu erzeugen) in einen Schmelztiegel zu bringen, bevor bewertet wird, welche der nahezu unendlichen Kombinationen am vielversprechendsten sind. Das Team hat auch grundlegende Prinzipien für das Design idealer Katalysatoren aufgestellt.

„Angesichts der immer dringender werdenden Notwendigkeit, grüne Energielösungen zu finden, ist es keine Überraschung, dass Wissenschaftler nach einem magischen Katalysator gesucht haben, der es ihnen ermöglicht, Wasser auf kostengünstige und zuverlässige Weise elektrochemisch zu spalten“, sagte Prof. Max García-Melchor, der Teil des Teams, sagte.

„Es ist jedoch nicht übertrieben zu sagen, dass eine solche Jagd bisher wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen war. Wir sind noch nicht am Ziel, aber wir haben den Heuhaufen deutlich verkleinert und sind davon überzeugt Künstliche Intelligenz wird uns helfen, viel vom verbleibenden Heu aufzusaugen."

Er fügte hinzu, dieses Projekt zeige, was passieren kann, wenn Forscher verschiedener Disziplinen zusammenarbeiten, um ihr Fachwissen einzusetzen, um zu versuchen, ein Problem zu lösen, das jeden von uns betrifft.

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