🔋 هیدروژن چند سالیه حسابی گل کرده و همه دنبال این هستن که باهاش انرژی پاک تولید کنن. مثلا توی صنایع مختلف، از فولادسازی تا نیروگاه‌ها، همه میخوان به جای سوخت‌های آلاینده، از هیدروژن کمک بگیرن تا دیگه زمینمون نفس بکشه! مخصوصاً اگه این هیدروژن رو با برق انرژی‌های تجدیدپذیر مثل خورشیدی یا بادی درست کنن، دیگه نور علی نور میشه!
خب، قضیه اینجوریه که هیدروژن رو میشه با الکترولیز آب ساخت. یعنی آب رو با برق تجزیه میکنن و دو تا گاز هیدروژن و اکسیژن تحویل میدن. (الکترولیز یعنی همین فرایند تقسیم آب با برق). ولی مشکل اصلی اینجاست که اکثر سیستم‌های فعلی به آب شیرین وابسته‌ان. در حالی که خیلی جاها آب شیرین داره کمیاب میشه، به‌خاطر تغییرات اقلیمی، جمعیت بالا و کشاورزی و صنعت.
حالا یکی از ایده‌های باحال اینه که بریم سراغ استفاده از آب دریا برای الکترولیز. فقط این کار کلی مشکل فنی داره! مثلاً یون‌های کلرید (که همون کلرِ موجود در آب دریاست)، الکترودها رو خراب میکنن یا اصلاً بازده دستگاه رو پایین میارن. مخصوصاً وقتی بخوای سیستم رو در مقیاس صنعتی راه بندازی، اوضاع سخت‌ترم میشه.
اما یه تیم از دانشمندای کره‌ای رسماً ترکوندن و یه قدم اساسی جلو برداشتن! تیم دکتر «جی-هیونگ هان» تو «موسسه تحقیقات انرژی کره» (KIER)، تونستن یه الکترود جدید از جنس پارچه کربنی درست کنن که میتونه بیش از ۸۰۰ ساعت، اونم زیر جریان الکتریکی بالا، مستقیم توی آب دریا کار کنه. چیزی که تا حالا کسی موفق نشده بود انقدر بادوام بسازه!
پارچه کربنی چی هست؟ خب به جای اینکه از فلز برای پایه الکترود استفاده کنن (که زود با کلرید واکنش نشون میده و خراب میشه)، سراغ الیاف کربنی میرن. این پارچه هم رسانا هست، هم منعطف، هم مقاوم به خوردگی، و تازه ارزون‌ترم درمیاد.
البته، قبل از این هر وقت خواستن از پارچه کربنی استفاده کنن، وقتی جریان بالا می‌رفته (مثلاً بالای ۵۰۰ میلی‌آمپر بر سانتیمتر مربع)، دیگه خیلی سریع خراب میشده و بیشتر از ۱۰۰ ساعت دووم نمی‌آورده که واسه صنعت خیلی کمه.
راه حل تیم دکتر هان چی بود؟ اونا اومدن یه فرآیند ویژه برا درمان پارچه کربن پیدا کردن. اینجوریه که پارچه رو یک ساعت توی اسید نیتریک غلیظ، با دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد، نگه میدارن. تازه برای اینکه اسید تبخیر نشه و غلظتش تغییر نکنه، یه ظرف مخصوص و دربسته هم براش درست کردن.
بعد از این پروسه، پارچه کربنی به شدت «آبدوست» میشه. آبدوست یعنی دوست داره با آب ترکیب بشه و حتی مواد افزودنی مثل یون‌های کبالت، مولیبدن (همون فلز کمیاب صنعتیه) و روتنیم (یه فلز گران قیمت که کارش تو کاتالیزگرها عالیه!) هم راحت‌تر و یکنواخت‌تر پخش میشن.
نکته جالب دیگه اینه که فقط یک درصد وزن کل ساختار حاوی روتنیمه، ولی همین باعث میشه نسبت به کاتالیزگرهای معمولی (کبالت-مولیبدن)، اختلاف پتانسیل لازم برای آغاز واکنش تقریباً ۲۵ درصد کمتر بشه. (اختلاف پتانسیل یا overpotential یعنی اون ولتاژ اضافه‌ای که الکترود باید بده تا واکنش راه بیفته و پایین اومدنش، یعنی صرفه‌جویی کلی تو مصرف برق!)
جالب‌تر اینکه این الکترود جدید، تو همون جریان بالا (۵۰۰ میلی‌آمپر بر سانتیمتر مربع) تونسته بیشتر از ۸۰۰ ساعت، بدون کم شدن عملکرد، هیدروژن تولید کنه. تازه آزمایش‌ها نشون دادن هیچ اثری از جدا شدن روتنیم یا کبالت به درون محلول الکترولیت دیده نشده. یعنی ساختارش خیلی مقاوم به خوردگی و خیلی پایدار بوده.
تیم تحقیقاتی حتی یه نمونه بزرگتر به اندازه ۲۵ سانتیمتر مربع هم ساختن تا نشون بدن این رویکرد از نظر صنعتی هم میشه بزرگ‌سازی کرد.
خانم دکتر هان گفته: «این اولین باره تو دنیا الکترولیز آب دریا با جریان بالا، بیشتر از یک ماه، باثبات و مستقیم روی پایه پارچه کربنی اجرا شده». قراره با آزمایش‌های بالاتر از ۱۰۰۰ ساعت و افزایش ابعاد این صفحات، برن سمت نمونه‌های صنعتی و کاربردی.
از اون طرف؛ پایین اومدن overpotential مستقیم یعنی هزینه تولید هیدروژن هم کمتر میشه! یعنی این کار، یه راه خوش‌آیند برای آینده صنعت هیدروژن و الکترولیز آب دریاست. حمایت مالی این پروژه هم توسط شورای ملی تحقیقات علوم و فناوری کره جنوبی بوده و نتایجش تو ژورنال معتبر «Applied Surface Science» منتشر شده.
در کل، اگه این فناوری رو بتونن بزرگتر و ارزان‌تر کنن، احتمالاً یکی از گره‌های بزرگ تولید هیدروژن پاک توی دنیا رو باز می‌کنه. اینکه با استفاده از آب دریا، دیگه نیازی به آب شیرین برای تولید هیدروژن نباشه، خودش یک تحول حسابیه!
منبع: +
