کلیدی برای تولید ارزان‌تر انرژی پاک هیدروژنی

به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، در حالی که هیدروژن به‌عنوان یکی از پاک‌ترین حامل‌های انرژی آینده شناخته می‌شود، تولید ارزان و پایدار آن همچنان یک چالش بزرگ فناورانه است، اکنون پژوهشگران دانشگاه کشاورزی شنیانگ چین راهکاری نوآورانه ارائه کرده‌اند که می‌تواند هزینه تولید هیدروژن را به‌طور چشمگیری کاهش دهد (یعنی آبا استفاده از پسماندهای گیاهی صنعت کاغذ).

این تحقیق که در نشریه Biochar X منتشر شده، نشان می‌دهد لیگنین یکی از فراوان‌ترین پلیمرهای طبیعی جهان و محصول جانبی کم‌ارزش صنایع کاغذ و زیست‌پالایشگاه‌ها می‌تواند به ماده‌ای کلیدی در ساخت کاتالیست‌های پیشرفته تبدیل شود. لیگنین به‌طورمعمول سوزانده می‌شود و بازده انرژی اندکی دارد، اما در این پژوهش به یک چارچوب کربنی کارآمد برای تولید هیدروژن بدل شده است.

دانشمندان با استفاده از روش الکتریکی و عملیات حرارتی، لیگنین را به الیاف کربنی رسانا تبدیل کردند. سپس نانوذرات اکسید نیکل (NiO) و اکسید آهن (Fe₃O₄) را درون این الیاف جاسازی کردند. حاصل این فرایند، کاتالیستی با نام NiO/Fe₃O₄@LCFs است که عملکرد بالایی در واکنش «تکامل اکسیژن» دارد؛ واکنشی که یکی از گلوگاه‌های اصلی در فرایند الکترولیز آب و تولید هیدروژن محسوب می‌شود.

نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد این کاتالیست در چگالی جریان ۱۰ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع تنها به اضافه‌ولتاژ ۲۵۰ میلی‌ولت نیاز دارد و می‌تواند بیش از ۵۰ ساعت در شرایط کاری سخت، بدون افت عملکرد، پایدار بماند. این ارقام آن را به رقیبی جدی برای کاتالیست‌های گران‌قیمت مبتنی بر فلزات نجیب تبدیل می‌کند.

بررسی‌های میکروسکوپی نشان داد که نانوذرات نیکل و آهن در مقیاس نانو یک «ناهم‌پیوند» (heterojunction) مؤثر ایجاد می‌کنند، این رابط نانومقیاس به جذب و آزادسازی بهینه گونه‌های میانی واکنش کمک کرده و سرعت سینتیک واکنش را افزایش می‌دهد، همچنین شبکه کربنی رسانا، انتقال الکترون را تسهیل کرده و از تجمع ذرات فلزی جلوگیری می‌کند.

به گفته پژوهشگران، مزیت اصلی این روش در مقیاس‌پذیری و پایداری آن نهفته است. لیگنین در حجم عظیم در سراسر جهان تولید می‌شود و استفاده از آن می‌تواند مسیر واقع‌بینانه‌ای برای توسعه فناوری‌های صنعتی تولید هیدروژن سبز فراهم کند، این مطالعه نشان می‌دهد ترکیب زیست‌توده‌های تجدیدپذیر با طراحی هوشمندانه مواد نانوساختار، می‌تواند نقش مهمی در گذار جهانی به سوی انرژی‌های پاک و کم‌هزینه ایفا کند.