hidrojeni kutoka kwa maji9

pamoja vituo vya umeme vya hidrojeni huko CaliforniaKwa gari jipya la watumiaji wa Kijapani na seli za mafuta ya hidrojeni inayoweza kusonga kwa umeme, haidrojeni kama chanzo cha mafuta chafu sasa mwishowe inakuwa ukweli kwa mlaji wastani. Ukichanganya na oksijeni mbele ya kichocheo, hidrojeni hutoa nishati na vifungo na oksijeni kuunda maji.

The shida mbili kuu kutuzuia kuwa na nguvu ya haidrojeni kila kitu tulicho nacho ni kuhifadhi na uzalishaji. Kwa sasa, uzalishaji wa haidrojeni ni nguvu kubwa na ni ghali. Kwa kawaida, uzalishaji wa viwandani wa haidrojeni unahitaji joto la juu, vifaa vikubwa na nguvu kubwa sana. Kwa kweli, kawaida hutoka kwa mafuta ya asili kama gesi asilia - na kwa hivyo sio chanzo cha mafuta ya uzalishaji wa sifuri. Kufanya mchakato kuwa wa bei rahisi, ufanisi na endelevu utasaidia sana kutengeneza haidrojeni kama mafuta yanayotumika zaidi.

Chanzo bora - na tele - cha maji ni maji. Lakini kwa kemikali, hiyo inahitaji kubadilisha athari ambayo haidrojeni hutoa nishati wakati wa kuchanganya na kemikali zingine. Hiyo inamaanisha tunapaswa kuweka nguvu kwenye kiwanja, ili kupata haidrojeni. Kuongeza ufanisi wa mchakato huu itakuwa maendeleo makubwa kuelekea siku zijazo za nishati safi.

Njia moja inajumuisha kuchanganya maji na kemikali inayosaidia, kichocheo, kupunguza kiwango cha nishati inayohitajika kuvunja uhusiano kati ya atomi za hidrojeni na oksijeni. Kuna vichocheo kadhaa vinavyoahidi kwa kizazi cha haidrojeni, pamoja molybdenum sulfidi, graphene na sulfate ya cadmium. Utafiti wangu unazingatia kurekebisha mali ya Masi ya sulfidi ya molybdenum ili kufanya athari iwe bora zaidi na yenye ufanisi zaidi.

Kutengeneza hidrojeni

Hidrojeni ni vitu vingi katika ulimwengu, lakini haipatikani kama hidrojeni safi. Badala yake, huchanganyika na vipengele vingine kuunda kemikali na misombo mingi sana, kama vile vimumunyisho vya kikaboni kama vile methanoli, na protini katika mwili wa binadamu. Umbo lake safi, H?, linaweza kutumika kama mafuta ya kusafirisha na yenye ufanisi.


innerself subscribe mchoro


Kuna njia kadhaa za kuzalisha hidrojeni kutumika kama mafuta. Electrolysis hutumia umeme kugawanya maji kuwa hidrojeni na oksijeni. Mageuzi ya methane ya mvuke huanza na methane (atomi nne za haidrojeni iliyofungwa kwa atomi ya kaboni) na kuipasha moto, ikitenganisha haidrojeni kutoka kwa kaboni. Njia hii inayotumia nguvu nyingi kawaida ni jinsi viwanda hutengeneza haidrojeni ambayo hutumiwa katika vitu kama vile kuzalisha amonia au kusafisha mafuta.

Njia ninayozingatia ni kugawanyika kwa maji ya photocatalytic. Kwa msaada wa kichocheo, kiwango cha nishati kinachohitajika "kugawanya" maji kuwa hidrojeni na oksijeni inaweza kutolewa na rasilimali nyingine nyingi - mwanga. Unapofunuliwa na nuru, mchanganyiko mzuri wa maji na kichocheo hutoa oksijeni na hidrojeni. Hii inavutia sana kwa tasnia kwa sababu inaruhusu sisi kutumia maji kama chanzo cha hidrojeni badala ya mafuta machafu.

Kuelewa vichocheo

Kama vile sio kila watu wawili wanaanzisha mazungumzo ikiwa wako kwenye lifti moja, mwingiliano fulani wa kemikali haufanyiki kwa sababu tu vifaa viwili vimeletwa. Molekuli za maji zinaweza kugawanywa katika haidrojeni na oksijeni na kuongezewa kwa nishati, lakini kiwango cha nishati inayohitajika itakuwa zaidi ya inayoweza kuzalishwa kama matokeo ya athari.

Wakati mwingine inachukua mtu wa tatu kupata mambo. Katika kemia, hiyo inaitwa kichocheo. Kuzungumza kikemia, kichocheo hupunguza kiwango cha nishati inayohitajika kwa misombo miwili kuguswa. Vichocheo vingine hufanya kazi tu wakati umefunuliwa na nuru. Misombo hii, kama dioksidi ya titani, ni inayoitwa photocatalysts.

Na photocatalyst katika mchanganyiko, nishati inahitajika kugawanya matone ya maji kwa kiasi kikubwa, ili nyavu za juhudi zipate nishati mwishoni mwa mchakato. Tunaweza kufanya kugawanyika kuwa na ufanisi zaidi kwa kuongeza dutu nyingine, katika jukumu linaloitwa ushirikiano wa kichocheo. Vichocheo vya ushirikiano katika kizazi cha haidrojeni hubadilisha muundo wa elektroniki wa athari, na kuifanya iwe na ufanisi zaidi katika kutoa hidrojeni.

Hadi sasa, hakuna mifumo yoyote ya kibiashara ya kuzalisha hidrojeni kwa njia hii. Hii ni sehemu kwa sababu ya gharama. Vichocheo bora na vichocheo vya ushirikiano ambavyo tumepata vinafaa katika kusaidia mmenyuko wa kemikali, lakini ni ghali sana. Kwa mfano, mchanganyiko wa kwanza wa kuahidi, titan dioksidi na platinamu, iligunduliwa mnamo 1972. Platinamu, hata hivyo, ni chuma ghali sana (zaidi ya dola za Kimarekani 1,000 kwa wakia). Hata rhenium, kichocheo kingine muhimu, gharama karibu $ 70 aunzi. Metali kama hizi ni nadra sana kwenye ukoko wa Dunia ambayo inazifanya haifai kwa matumizi makubwa ingawa kuna michakato inayotengenezwa hadi tengeneza vifaa hivi.

Kupata kichocheo kipya

Kuna mahitaji mengi ya kichocheo kizuri, kama vile kuweza kuchakatwa tena na kuweza kuhimili joto na shinikizo linalohusika katika athari. Lakini muhimu zaidi ni jinsi nyenzo ilivyo kawaida, kwa sababu vichocheo vingi zaidi ni bei rahisi.

Moja ya vifaa vipya na vya kuahidi zaidi ni molybdenum sulfide, MoS?. Kwa sababu imeundwa na vipengele vya molybdenum na sulfuri - zote mbili zinazojulikana duniani - ni nafuu zaidi kuliko vichocheo zaidi vya jadi. vizuri chini ya dola kwa wakia. Pia ina mali sahihi ya elektroniki na sifa zingine.

Kabla ya miaka ya 1990 marehemu, watafiti walikuwa wamegundua kuwa sulfidi ya molybdenum haikuwa na ufanisi katika kugeuza maji kuwa hidrojeni. Lakini hiyo ilikuwa kwa sababu watafiti walikuwa wakitumia vipande vidogo vya madini, haswa aina ambayo iko wakati inachimbwa kutoka ardhini. Leo, hata hivyo, tunaweza kutumia michakato kama utuaji wa mvuke wa kemikali or michakato ya suluhisho kuunda fuwele nyembamba zaidi za MoS? - hata chini ya unene wa molekuli moja - ambayo ni bora zaidi katika kutoa hidrojeni kutoka kwa maji.

Kufanya mchakato kuwa bora zaidi

Sulfidi ya Molybdenum inaweza kufanywa kuwa bora zaidi kwa kudumisha mali yake ya mwili na umeme. Mchakato unaojulikana kama "mabadiliko ya awamu" hufanya zaidi ya dutu hii kupatikana kushiriki katika mmenyuko wa uzalishaji wa hidrojeni.

Wakati sulfidi ya molybdenum inapounda fuwele, atomi na molekuli zilizo nje ya molekuli iliyo ngumu ni tayari kukubali au kuchangia elektroni kwa maji wakati msisimko na mwanga kuendesha uumbaji wa hidrojeni. Kwa kawaida, MoS? molekuli zilizo ndani ya muundo hazitatoa au kukubali elektroni kwa ufanisi kama maeneo ya pembeni, na kwa hivyo haiwezi kusaidia sana na majibu.

Lakini kuongeza nishati kwa MoS? kwa kulipiga kwa elektroni, Au kuongeza shinikizo linalozunguka, husababisha kile kinachoitwa "mabadiliko ya awamu”Kutokea. Mabadiliko haya ya awamu sio yale unayojifunza katika kemia ya kimsingi (ikijumuisha dutu moja kuchukua aina ya gesi, kioevu au dhabiti) lakini badala ya mabadiliko kidogo ya kimuundo katika mpangilio wa Masi ambayo Kubadilisha MOS? kutoka semiconductor hadi chuma.

Kama matokeo, mali ya umeme ya molekuli zilizo ndani hupatikana kwa athari pia. Hii inafanya uwezekano sawa wa kichocheo Ufanisi zaidi mara 600 katika mmenyuko wa mageuzi ya hidrojeni.

Ikiwa mbinu za mafanikio ya aina hii zinaweza kukamilishwa, basi tunaweza kuwa hatua kubwa karibu na kufanya uzalishaji wa haidrojeni uwe rahisi na ufanisi zaidi, ambayo kwa upande mwingine itatupeleka kwa siku zijazo zinazotumiwa na nishati safi na mbadala.

Kuhusu Mwandishi

Peter Byrley, Ph.D. Mgombea katika Uhandisi wa Kemikali, Chuo Kikuu cha California, Riverside

Makala hii ilichapishwa awali Mazungumzo. Soma awali ya makala.

Vitabu kuhusiana

at InnerSelf Market na Amazon