חוקרים פיתחו שיטה חדשה שמפחיתה את האירידיום הנדרש לייצור מימן "ירוק" ב-95%, שומרת על קצבי הייצור ומבטיחה לשפר את ההיתכנות של משק מימן ניטרלי פחמן. קרדיט: twoday.co.il.com
פריצת דרך בייצור מימן הושגה על ידי צוות מחקר יפני, שהפחית את הצורך באירידיום ב-95% מבלי לפגוע ביעילות, מה שסלל את הדרך לפתרונות אנרגיה מימן ברי קיימא בקנה מידה גדול.
בזמן שהעולם עובר ממשק אנרגיה המבוסס על דלק מאובנים, רבים מהמרים על מימן כדי להפוך למטבע האנרגיה הדומיננטי. אבל הפקת מימן "ירוק" ללא שימוש בדלקים מאובנים עדיין אינה אפשרית בקנה מידה שאנו צריכים כי הוא דורש אירידיום, מתכת נדירה ביותר.
במחקר שפורסם היום (9 במאי) בכתב העת מַדָע, חוקרים בראשות Ryuhei Nakamura במרכז RIKEN למדעי משאבים בר-קיימא (CSRS) ביפן מדווחים על שיטה חדשה שמפחיתה את כמות האירידיום הדרושה לתגובה ב-95%, מבלי לשנות את קצב ייצור המימן. פריצת דרך זו עלולה לחולל מהפכה ביכולת שלנו לייצר מימן ידידותי לסביבה ולעזור להוביל לכלכלת מימן ניטראלית פחמן.
סריקת תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים של תחמוצת אירידיום מסונתזת (D) וסריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים עם העברה של האירידיום (כתמים בהירים) מפוזרת על תחמוצת מנגן המונחת באלקטרונית על רשת טיטניום מצופה פלטינה עמידה בפני קורוזיה (E,F,G). קרדיט: RIKEN
אתגרי ייצור מימן
כאשר 70% מהעולם מכוסה במים, מימן הוא באמת מקור אנרגיה מתחדש. עם זאת, הפקת מימן ממים בקנה מידה שיכול להתחרות בייצור אנרגיה מבוסס דלק מאובנים אינה אפשרית עדיין. ייצור האנרגיה העולמי הנוכחי הוא כמעט 18 טרה-וואט, כלומר בכל רגע נתון מופקים כ-18 טריליון וואט בממוצע ברחבי העולם. כדי ששיטות ירוקות חלופיות לייצור אנרגיה יחליפו דלקים מאובנים, הן חייבות להיות מסוגלות להגיע לאותם שיעורי ייצור אנרגיה.
הדרך הירוקה להפיק מימן ממים היא תגובה אלקטרוכימית הדורשת זרז. הזרזים הטובים ביותר לתגובה זו – אלו שמניבים את הקצב הגבוה ביותר ואת ייצור המימן היציב ביותר – הם מתכות נדירות, כאשר אירידיום היא הטובה שבטובות ביותר. אבל המחסור של אירידיום הוא בעיה גדולה. "אירידיום הוא כל כך נדיר, שהגדלת ייצור המימן העולמי לסולם טרה-וואט מוערכת דורשת אירידיום בשווי של 40 שנה", אומר המחבר הראשון שואנג קונג.
חידושים בפיתוח קטליסטים
צוות המחקר של זרזים ביו-פונקציונליים ב-RIKEN CSRS מנסה לעקוף את צוואר הבקבוק של אירידיום ולמצוא דרכים אחרות להפקת מימן בקצב גבוה לפרקי זמן ארוכים. בטווח הארוך, הם מקווים לפתח זרזים חדשים המבוססים על מתכות אדמה נפוצות, שיהיו בר-קיימא ביותר. למעשה, לאחרונה הצליח הצוות לייצב את ייצור המימן הירוק ברמה גבוהה יחסית באמצעות צורה של תחמוצת מנגן כזרז. עם זאת, השגת ייצור ברמה תעשייתית באופן זה עדיין רחוקה שנים.
"אנו זקוקים לדרך לגשר על הפער בין אלקטרוליזרי מתכת נדירים ומבוססים על מתכת נפוצה, כך שנוכל לבצע מעבר הדרגתי לאורך שנים רבות למימן ירוק בר-קיימא לחלוטין", אומר נקמורה. המחקר הנוכחי עושה בדיוק את זה על ידי שילוב של מנגן עם אירידיום. החוקרים גילו שכאשר הם פרסו אטומי אירידיום בודדים על פיסת תחמוצת מנגן כך שהם לא יגעו או יתגבשו זה עם זה, ייצור מימן באלקטרוליזר של פרוטונים חילופי פרוטונים (PEM) נשמר באותו קצב כמו בעת השימוש אירידיום לבד, אבל עם 95% פחות אירידיום.
כיוונים פוטנציאליים ועתידיים
עם הזרז החדש, ייצור מימן רציף היה אפשרי במשך למעלה מ-3000 שעות (כ-4 חודשים) ביעילות של 82% ללא פירוק. "האינטראקציה הבלתי צפויה בין תחמוצת מנגן ואירידיום הייתה המפתח להצלחה שלנו", אומר מחבר שותף Ailong Li. "הסיבה לכך היא שהאירידיום הנובע מאינטראקציה זו היה במצב חמצון נדיר ופעיל מאוד +6."
Nakamura מאמין שלרמת ייצור המימן שהושגה עם הזרז החדש יש פוטנציאל גבוה לשימוש מיידי. "אנו מצפים שהזרז שלנו יועבר בקלות ליישומים בעולם האמיתי", הוא אומר, "מה שיגדיל באופן מיידי את הקיבולת של אלקטרוליזרי PEM נוכחיים."
הצוות החל בשיתוף פעולה עם שותפים בתעשייה, שכבר הצליחו לשפר את הזרז האירידיום-מנגן הראשוני. בהמשך, חוקרי RIKEN CSRS מתכננים להמשיך ולחקור את האינטראקציה הכימית הספציפית בין אירידיום לתחמוצת מנגן, בתקווה להפחית עוד יותר את כמות האירידיום הדרושה. במקביל, הם ימשיכו לשתף פעולה עם שותפים תעשייתיים, ויתכננו לפרוס ולבחון את הזרז החדש בקנה מידה תעשייתי בעתיד הקרוב.
