بچهها یه خبر باحال دارم براتون! دانشمندای چینی یه راه جدید و خلاقانه پیدا کردن که تولید هیدروژن رو هم ارزونتر کنه هم کارآمدتر! جالبه نه؟ بذارین براتون تعریف کنم داستان از چه قراره…
تا حالا شنیدید که هیدروژن رو به عنوان یه منبع انرژی پاک معرفی میکنن؟ یعنی وقتی هیدروژن مصرف میشه، هیچ گاز گلخانهای تولید نمیشه و محیط زیستو آلوده نمیکنه. اما مسئله اینجاست که بیشتر هیدروژنی که امروز توی دنیا تولید میشه، هنوز از سوختهای فسیلی (مثل گاز و نفت و اینا) میاد و خب اون دیگه اصلاً دوستدار محیط زیست نیست!
حالا روش تمیزتر اینه که آب رو با کمک برق (ترجیحاً برق تجدیدپذیر مثلاً باد یا خورشید) تجزیه کنن و از آبش هیدروژن به دست بیارن. این روش یه مرحله مهم داره به اسم واکنش تولید هیدروژن یا همون Hydrogen Evolution Reaction (HER) که باید توش از “کاتالیست” استفاده کنن. کاتالیست یعنی یه ماده کمکی که باعث میشه واکنش شیمیایی سریعتر انجام بشه ولی خودش مصرف نمیشه.
معمولاً بهترین کاتالیست واسه این کار، پلاتین هست (پلاتین همون فلز گرونقیمتیه که توی طلا و جواهرات هم شنیدین…). مشکلش ولی اینه که پلاتین هم کمیابه هم گرونه. واسه همین تولید صنعتی هیدروژن با این کار عملاً به صرفه نیست و به همین خاطر ایدهآل خیلیا پیدا کردن جایگزین واسه پلاتین یا دستکم کم کردن مصرفش بوده.
این وسط دانشمندای دانشگاه فناوری پکن با همکاری آکادمی علوم چین اومدن یه ایده خیلی خفن رو پیاده کردن: یه کاتالیست جدید درست کردن با ترکیب پلاتین و کبالت! به این میگن آلیاژ دو فلزی یا Bi-metallic Alloy، یعنی دوتا فلز رو با هم ترکیب کردن تا هم کارایی بالا داشته باشه هم خرج پلاتینش خیلی کمتر شه.
حالا یه بخش جذابتر کار اینجاست که این آلیاژ پلاتین-کبالت رو میذارن روی یه ماده خاص به اسم MXene (فقط واسه کنجکاوها: MXene یه ماده لایهلایه است که هم جریان برق رو خوب رد میکنه هم سطح تماس خیلی زیادی داره، پس جای عالی واسه اینجور کاتالیستاس!). یعنی پلاکتهای کوچولوی پلاتین-کبالت رو کامل روی این سطح پخش میکنن تا بتونن بهترین نتیجه رو بگیرن.
خود دانشمندا توضیح دادن که مزیت MXene اینه که سلولای خیلی زیادی داره (سطح زیاد)، و این یعنی نقاط فعال بیشتری واسه واکنش در دسترس قرار میگیره. تازه، چون سامانشون با پلاتین-کبالت خوب ست میشه (یعنی هماهنگی خوبی بین این سطوح هست)، انتقال برق توشون سریعتر انجام میشه و انرژی فعالسازی واکنش پایینتر میاد. انرژی فعالسازی یعنی اون انرژیای که لازمه تا یه واکنش شیمیایی شروع شه – هرچی کمتر باشه، واکنش راحتتر و سریعتره.
بیاید یه نگاه به تستهایی که انجام دادن بندازیم: آزمایشها نشون دادن که این کاتالیست جدید توی محیط اسیدی خیلی خوب جواب داده. مثلاً تونسته با اختلاف پتانسیل خیلی پایینی (۶۰ میلی ولت برای جریان –۱۰ میلیآمپر بر سانتیمتر مربع و ۱۵۲ میلی ولت برای –۱۰۰ میلیآمپر بر سانتیمتر مربع) کار کنه. این اعداد، برای دوستای فنی یعنی اینکه کاتالیست خیلی خوب عمل کرده و کلی انرژی نسبت به مدلهای معمولی صرفهجویی میشه. تازه پایداریش هم بالاست، یعنی توی استفادههای طولانی مدت واکنش خراب نمیشه.
از نظر ساختاری هم این پلاتین-کبالتها وقتی روی MXene پخش میشن، انتقال الکترون سریعتر و راحتتر میشه و آزاد شدن هیدروژن هم آسونتر پیش میره. تیم تحقیق حتی توی شبیهسازیهای کامپیوتری فهمیدن که اضافه کردن کبالت باعث تغییر ساختار الکترونیکی پلاتین میشه و درنهایت بهرهوری واکنش رو میبره بالا.
در نهایت این تکنولوژی طوری طراحی شده که با مصرف خیلی کم پلاتین، بشه هیدروژن رو با راندمان بالا و هزینه پایین تولید کرد. اگه این روش جا بیفته، تولید هیدروژن پاک واسه کارهای صنعتی و بزرگ مقیاس خیلی راحتتر و ارزونتر میشه و یه قدم دیگه به سمت آیندهای پایدارتر نزدیک میشیم.
راستی، جزئیات کامل این پژوهش هم توی مجلهای به اسم Frontiers in Energy منتشر شده. خلاصه که دنیا با این دستاوردای علمی داره هی به انرژی سبز نزدیکتر میشه!
منبع: +
