Paremman tavan löytäminen vetypolttoaineesta vedestä

vedyn vesi9 9

Kanssa vesivoimaloita Kaliforniassa, The uusi japanilainen kulutusauto että kannettavat vetypolttoainekennot elektroniikan osalta vety on nollapäästöinen polttoaine- lähde, josta on nyt tulossa todellisuutta keskivertokuluttajalle. Kun se yhdistetään hapen kanssa a katalyytti, vety vapauttaa energiaa ja sitoo happea muodostamaan vettä.

- kaksi pääasiallista ongelmaa estää meitä saamasta vetyä kaikkea, mitä meillä on Levytila ja tuotanto. Tällä hetkellä vetytuotanto on energiaintensiivistä ja kallista. Normaalisti vedyn teollinen tuotanto vaatii korkeita lämpötiloja, suuria tiloja ja valtavan määrän energiaa. Itse asiassa se tulee yleensä fossiilisista polttoaineista, kuten maakaasusta - ja siksi se ei itse asiassa ole nollapäästöistä peräisin oleva polttoaine. Prosessin halvemmaksi, tehokkaammaksi ja kestävämmäksi tekeminen edistäisi pitkälle vetyä yleisesti käytetyksi polttoaineeksi.

Erinomainen - ja runsas - vedyn lähde on vesi. Mutta kemiallisesti tämä edellyttää käänteistä reaktiota, jossa vety vapauttaa energiaa yhdistettäessä muihin kemikaaleihin. Tämä tarkoittaa, että meidän on asetettava energia yhdisteeseen, jotta saadaan vety ulos. Prosessin tehokkuuden maksimointi olisi merkittävä edistysaskel kohti puhtaan energian tulevaisuutta.

Yksi menetelmä käsittää veden sekoittamisen hyödyllisen kemikaalin kanssa, katalyytin, vesien ja happiatomien välisten yhteyksien katkaisemiseksi tarvittavan energian määrän vähentämiseksi. Vetyä tuotetaan useita lupaavia katalyyttejä, mukaan lukien molybdeenisulfidi, grafeeni ja kadmiumsulfaatti. Tutkimukseni keskittyy molybdeenisulfidin molekyyliominaisuuksien muuttamiseen reaktion tehostamiseksi ja tehostamiseksi.

Vetyä

Vety on maailmankaikkeuden monipuolisin elementti, mutta se on harvoin saatavilla puhdasta vetyä. Pikemminkin se yhdistää muita elementtejä muodostamaan monia kemikaaleja ja yhdisteitä, kuten orgaanisia liuottimia, kuten metanolia, ja proteiineja ihmiskehossa. Sen puhdasta muotoa H₂ voidaan käyttää kuljetettavana ja tehokkaana polttoaineena.

On useita tapoja tuottaa vetyä käytettäväksi polttoaineena. Elektrolyysi käyttää sähköä veden jakamiseen vetyyn ja happeen. Höyrymetaanin uudistaminen alkaa metaanista (neljä vetyatomia sitoutuu hiiliatomiin) ja lämmittää sen erottamalla vety hiilestä. Tämä energiatehokas menetelmä on yleensä se, miten teollisuus tuottaa vetyä, jota käytetään esimerkiksi ammoniakin tuottamisessa tai öljynjalostuksessa.

Menetelmä, johon keskityn fotokatalyyttinen veden halkaisu. Katalysaattorin avulla vettä, joka tarvitaan veden "halkaisemiseksi" vetyyn ja happeen, voidaan tuottaa toisella runsaalla resurssivalolla. Valolle altistettuna sopiva veden ja katalyytin seos tuottaa sekä happea että vetyä. Tämä on erittäin houkutteleva teollisuudelle, koska sen avulla voimme käyttää vettä vedyn lähteenä likaisen fossiilisten polttoaineiden sijaan.

Katalyyttien ymmärtäminen

Aivan kuten kaikki kaksi ihmistä eivät aloita keskustelua, jos he ovat samassa hississä, jotkut kemialliset vuorovaikutukset eivät tapahdu vain siksi, että nämä kaksi materiaalia otetaan käyttöön. Vesimolekyylit voidaan jakaa vetyksi ja happeksi lisäämällä energiaa, mutta tarvittavan energian määrä olisi suurempi kuin reaktion tuloksena syntyvä.

Joskus se vie kolmannen osapuolen saadakseen asiat. Kemiaa kutsutaan katalysaattoriksi. Kemiallisesti ottaen katalyytti alentaa kahden yhdisteen reagoimiseksi tarvittavan energian määrää. Jotkut katalyytit toimivat vain valolle altistuna. Nämä yhdisteet, kuten titaanidioksidi, ovat nimeltään fotokatalyytit.

Kun valokatalyytti on sekoituksessa, veden jakamiseen tarvittava energia putoaa merkittävästi, niin että pyyntipiste vertaa energiahyötyä prosessin lopussa. Voimme tehdä jakamisen entistä tehokkaammaksi lisäämällä toista ainetta, rinnakkaiskatalysaattorina. Katalyytit vetytuotannossa muuttavat reaktion elektronista rakennetta, mikä tekee siitä tehokkaamman vedyn tuottamisessa.

Tähän mennessä ei ole mitään kaupallisia järjestelmiä vetyä varten. Tämä johtuu osittain kustannuksista. Parhaat katalyytit ja katalyytit, jotka olemme löytäneet, ovat tehokkaita auttamaan kemiallisen reaktion kanssa, mutta ovat erittäin kalliita. Esimerkiksi ensimmäinen lupaava yhdistelmä, titaanidioksidi ja platina, löydettiin 1972ista. Platina on kuitenkin erittäin kallis metalli (paljon yli US $ 1,000 per unssi). Jopa renium, toinen hyödyllinen katalyytti, maksaa noin $ 70 unssilta. Tällaiset metallit ovat niin harvinaisia ​​maapallon kuoressa, että tämä tekee niistä ei sovellu suuriin sovelluksiin vaikka prosesseja on kehitetty kierrättää nämä materiaalit.

Uuden katalyytin löytäminen

Hyvää katalyyttiä varten on monia vaatimuksia, kuten voidaan kierrättää ja kestää reaktioon liittyvä lämpö ja paine. Mutta aivan yhtä tärkeää on, kuinka yleinen materiaali on, koska kaikkein runsaimmat katalyytit ovat halvimmat.

Yksi uusimmista ja lupaavimmista materiaaleista on molybdeenisulfidi, MoS₂. Koska se koostuu molybdeenin ja rikin elementeistä, jotka ovat molemmat suhteellisen yleisiä maapallolla, se on paljon halvempaa kuin perinteisemmät katalyytit, hyvin alle dollarin unssilta. Sillä on myös oikeat elektroniset ominaisuudet ja muut ominaisuudet.

Ennen myöhäistä 1990iatutkijat olivat huomanneet, että molybdeenisulfidi ei ollut erityisen tehokas vedessä vetyä. Mutta se johtui siitä, että tutkijat käyttivät paksuja mineraalikappaleita, jotka olivat pääasiassa siinä muodossa, kun se kaivettiin maasta. Tänään voimme kuitenkin käyttää tällaisia ​​prosesseja kemiallinen höyrysaostus or ratkaisupohjaiset prosessit luoda paljon ohuempia MoS2-kiteitä - jopa jopa yhden molekyylin paksuuteen asti - jotka ovat huomattavasti tehokkaampia vedyn uuttamisessa vedestä.

Prosessin tehostaminen

Molybdeenisulfidia voidaan tehostaa entisestään manipuloimalla sen fysikaalisia ja sähköisiä ominaisuuksia. Prosessi, joka tunnetaan nimellä "vaihemuutos", tekee enemmän aineesta käytettävissä osallistumaan vetyä tuottavaan reaktioon.

Kun molybdeenisulfidi muodostaa kiteitä, kiinteän massan ulkopuolella olevat atomit ja molekyylit ovat valmis hyväksymään tai lahjoittamaan elektroneja veteen kun valo herättää vetyä. Normaalisti rakenteen sisäpuolella olevat MoS₂-molekyylit eivät lahjoita tai hyväksy elektroneja yhtä tehokkaasti kuin reunat, ja niin ei voi auttaa yhtä paljon reaktioon.

Mutta lisäämällä energiaa MoS₂: lle pommittaa sen elektronien avullatai ympäröivän paineen lisääminen, aiheuttaa mitä kutsutaan ”vaiheen muutos" Tapahtua. Tämä vaihemuutos ei ole se, mitä opit peruskemiassa (johon liittyy yksi kaasun, nestemäisen tai kiinteän aineen muodostava aine), vaan pienen rakenteellisen muutoksen molekyylijärjestelyssä, joka muuttaa MoS₂: a puolijohteesta metalliksi.

Tämän seurauksena myös sisäpuolisten molekyylien sähköiset ominaisuudet tulevat saataville myös reaktioon. Tämä tekee saman määrän katalyyttiä mahdollisesti 600-ajat ovat tehokkaampia vedyn kehittymisreaktiossa.

Jos tällaisen läpimurron takana olevia menetelmiä voidaan täydentää, saatamme olla iso askel lähemmäs, jotta vetytuotanto olisi halvempaa ja tehokkaampaa, mikä puolestaan ​​siirtää meidät kohti todellista puhdasta, uusiutuvaa energiaa.

Author

Peter Byrley, Ph.D. Kemian tekniikan kandidaatti Kalifornian yliopisto, Riverside

Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

{amazonWS: searchindex = Kirjat; avainsanat = vety vedestä; maxresults = 3}


 Hanki uusimmat sähköpostitse

Viikkolehti Päivittäinen inspiraatio

Saatat pitää myös

INNERSELF-ÄÄNIT

Internet -yritysten logot
Miksi Google, Facebook ja Internet epäonnistuvat ihmiskunnassa ja pienissä kritiiteissä?
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Yhä selvemmin on pimeä puoli, joka peittää Internetin ja leviää…
Täysikuu yötaivaalla
Horoskoopin kuluva viikko: 18.-24
by Pam Younghans
Tämä viikoittainen astrologinen päiväkirja perustuu planeettojen vaikutteisiin, ja se tarjoaa näkökulmia ja…
tyttö yllään Covid -naamio ulkona ja kantaa reppua
Oletko valmis ottamaan naamion pois?
by Alan Cohen
Valitettavasti Covid -pandemia on ollut karkea matka monille ihmisille. Jossain vaiheessa matka on…
tyttö yllään hattu ajatuksissaan
Uusi ajatus ajatuksistamme ja kokemuksistamme
by Jude Bijou
Mitä maailmassa tapahtuu, se on vain sellaista kuin se on. Kuinka tulkitsemme muita ihmisiä, asioita ja…
esimerkki filminauhasta, jossa on erilaisia ​​luonnonkauniita kuvia jokaisessa kehyksessä
Suunnittele uusi tulevaisuus itsellesi
by Carl Greer, tohtori, psyD
Fyysisessä maailmassa asioilla on menneisyys ja tulevaisuus, alku ja loppu. Esimerkiksi olen…
opettaja seisoo opiskelijoiden edessä avoimessa luokkahuoneessa
Kiinnostunut jälleen julkisesta koulutuksesta
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Olemme melkein kaikki onnekkaita, kun meillä on elämässämme joku, joka kannustaa ja motivoi meitä ja yrittää näyttää…
ihmiset kävelevät ja pyöräilevät puiston läpi
Tien löytäminen ja virtaus elämän mysteerin kanssa
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Elämä. Se on jotain, joka meillä kaikilla on yhteistä uskonnostamme, rodustamme, sukupuolestamme,…
Kukka kasvaa ketjun aidan läpi
Niin monia kysymyksiä ... Niin monia vastauksia?
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Elämme elämän läpi niin monien kysymysten kanssa. Jotkut ovat yksinkertaisia. Mikä päivä tänään on? Mitä minulla on…
Pilvi ja dyyni: Rakkauden siunausten löytäminen
Pilvi ja dyyni: Rakkauden siunausten löytäminen
by Paulo Coelho
Jumala tietää, että olemme elämän taiteilijoita. Eräänä päivänä Hän antaa meille taltan, toisena voimme saada harjat…
Horoskooppi viikko: maaliskuu 4th 10th, 2019
Horoskooppi viikko: maaliskuu 4th 10th, 2019
by Pam Younghans
Tämä viikoittainen astrologinen päiväkirja perustuu planeettojen vaikutteisiin, ja se tarjoaa näkökulmia ja…
Voit hallita tätä hetkiä - yhden minuutin ajan
Voit hallita tätä hetkiä - yhden minuutin ajan
by Barbara Berger
Riippumatta siitä, mitä haasteita tai vaikeuksia kohtaat, voi olla suuri apu muistaa, että jos…

LUE LUE

Kuinka eläminen rannikolla liittyy huonoon terveyteen
Kuinka eläminen rannikolla liittyy huonoon terveyteen
by Jackie Cassell, perusterveydenhuollon epidemiologian professori, kansanterveyden kunniakonsultti, Brighton ja Sussex Medical School
Monien perinteisten merenrantakaupunkien epävarmat taloudet ovat laskeneet entisestään ...
Yleisimmät ongelmat maan enkeleille: rakkaus, pelko ja luottamus
Yleisimmät ongelmat maan enkeleille: rakkaus, pelko ja luottamus
by Sonja Grace
Kun koet olla maanenkeli, huomaat, että palvelun polulla on täynnä…
Miten voin tietää, mikä on minulle paras?
Miten voin tietää, mikä on minulle paras?
by Barbara Berger
Yksi suurimmista asioista, jonka olen huomannut työskennellessäni asiakkaiden kanssa päivittäin, on kuinka vaikeaa…
Mitä miesten roolit 1970-luvulla seksismin vastaiset kampanjat voivat opettaa meille suostumuksesta
Mitä miesten roolit 1970-luvulla seksismin vastaiset kampanjat voivat opettaa meille suostumuksesta
by Lucy Delap, Cambridgen yliopisto
1970-luvun anti-seksistisellä miestenliikkeellä oli aikakauslehtien, konferenssien, miesten keskusten infrastruktuuri…
Rehellisyys: Ainoa toivo uusille suhteille
Rehellisyys: Ainoa toivo uusille suhteille
by Susan Campbell, Ph.D.
Useimpien matkallani tapamieni sinkkujen mukaan tyypillinen treffitilanne on täynnä…
Chakran parantava hoito: tanssi kohti sisäistä mestaria
Chakran parantava hoito: Tanssiminen kohti sisäistä mestaria
by Glen Park
Flamencotanssia on ilo katsella. Hyvältä flamencotanssijasta tulee ylenpalttista itseluottamusta…
Kaikkien toiveiden antaminen voisi olla hyödyllistä sinulle
Kaikkien toiveiden antaminen voisi olla hyödyllistä sinulle
by Jude Bijou, MA, MFT
Jos odotat muutosta ja turhautunut, ettei se tapahdu, ehkä siitä olisi hyötyä…
Astrologi esittelee Astrologian yhdeksän vaaraa
Astrologi esittelee Astrologian yhdeksän vaaraa
by Tracy Marks
Astrologia on voimakas taide, joka pystyy parantamaan elämäämme antamalla meille mahdollisuuden ymmärtää omaa…

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvaketwitter kuvakeyoutube kuvakeinstagram-kuvakepintrest-kuvakerss-kuvake

 Hanki uusimmat sähköpostitse

Viikkolehti Päivittäinen inspiraatio

SAATAVAT KIELET

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

Uudet asenteet - uudet mahdollisuudet

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 Sisäiset julkaisut. Kaikki oikeudet pidätetään.