اكتشف الباحثون طريقة لإعادة استخدام النفايات المعدنية كمحفز كهربائي يمكنه تقسيم الماء (H2O) إلى هيدروجين وأكسجين، مما قد يساعد في جعل إنتاج الهيدروجين أكثر استدامة.
يعتبر الهيدروجين مصدرًا نظيفًا ومتجددًا للطاقة، لكن عملية إنتاجه غالبًا ما تكون مصحوبة ببصمة كربونية كبيرة .
وفقًا لدراسة أجريت عام 2021، يمكن أن تكون انبعاثات الغازات الدفيئة الناتجة عن الهيدروجين الأزرق (الهيدروجين الذي يتم إنتاجه ويليه احتجاز الكربون وتخزينه) أكبر بنسبة 20% من الغاز الطبيعي أو الفحم عند استخدامه للحرارة، وأفاد مجلس الطاقة العالمي أن 96% يعتمد إنتاج الهيدروجين على الوقود الأحفوري اعتبارًا من عام 2019.
ولذلك يستكشف العلماء طرقًا لإنتاج الهيدروجين الأخضر، أو الهيدروجين المنتج عبر مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة والتحليل الكهربائي.
للتحقيق في طرق أكثر استدامة لإنتاج الهيدروجين، اختبر علماء من كلية الكيمياء وكلية الهندسة بجامعة نوتنغهام عملية التحليل الكهربائي باستخدام سوارف، وهو منتج ثانوي لتصنيع المعادن، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم وسبائك النيكل كمواد نفايات.
ووجدوا أن الخراطة تحتوي على أسطح ذات أنسجة نانوية مع أخاديد يمكن أن تساعد في ربط ذرات البلاتين أو الكوبالت.
وعندما يتم ربطها، يمكن أن تؤدي إلى محفزات كهربائية فعالة تعمل على تقسيم الماء وإنتاج الهيدروجين. شارك الفريق النتائج التي توصلوا إليها في مجلة كيمياء المواد أ التابعة للجمعية الملكية للكيمياء.
وقال جيسوم ألفيس فرنانديز، رئيس فريق البحث، في بيان : “الصناعات في المملكة المتحدة وحدها تولد ملايين الأطنان من النفايات المعدنية سنويا”، “باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح، تمكنا من فحص الأسطح الملساء ظاهريًا لسوار الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم أو سبائك النيكل، ولدهشتنا، اكتشفنا أن الأسطح تحتوي على أخاديد ونتوءات يبلغ عرضها عشرات النانومترات فقط، لقد أدركنا أن هذا السطح ذو البنية النانوية يمكن أن يقدم فرصة فريدة لتصنيع المحفزات الكهربائية.
استخدم الفريق رش المغنطرون، وهي طريقة لترسيب البخار الفيزيائي، لمدة 90 ثانية لتعريض الخراطة لذرات البلاتين والكوبالت، والتي تتلاءم مع الأسطح المحززة للخراطة وتقلل من كمية البلاتين أو الكوبالت اللازمة لتقسيم الماء.
والنتيجة هي طريقة التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين الأخضر باستخدام النفايات المعدنية مع تقليل التكلفة والتأثير البيئي المرتبط باستخدام المعادن الثمينة.
يمكن أن يؤدي إنتاج الهيدروجين الأخضر أيضًا إلى تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة المرتبطة عادةً بإنتاج الهيدروجين.
وقال ماداسامي ثانجاموثو، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة نوتنجهام، في بحث له: “من اللافت للنظر أننا قادرون على إنتاج الهيدروجين من الماء باستخدام عُشر كمية تحميل البلاتين فقط مقارنة بأحدث المحفزات التجارية”، مضيفا “من خلال نشر 28 ميكروجرامًا فقط من المعدن الثمين على مساحة 1 سم مربع من الخيش، تمكنا من إنشاء محلل كهربائي على نطاق المختبر يعمل بكفاءة 100% وينتج 0.5 لتر من غاز الهيدروجين في الدقيقة من قطعة واحدة فقط من الخيش. ”
وقد دخل الباحثون الآن في شراكة مع شركة AqSorption Ltd، وهي شركة هندسية مقرها في نوتنغهام، للعمل على توسيع نطاق التكنولوجيا لإنتاج الهيدروجين الأخضر.