کاتالیزور جدید تولید هیدروژن را ۵۰ درصد افزایش داده و دمای تولید را ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد کاهش می‌دهد

محققان موسسه تحقیقات انرژی کره (KIER) به رهبری دکتر وو‌هیون کیم، کاتالیزور کامپوزیت نیکل-کبالت نوآورانه‌ای را توسعه داده‌اند که به‌طور قابل توجهی تولید هیدروژن لاجوردی، جایگزین پاک‌تری برای روش‌های تولید هیدروژن سنتی را بهبود می‌بخشد.

این پیشرفت امکان تولید هیدروژن در دماهایی ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از فرآیندهای شکافت حرارتی متان به‌صورت سنتی را فراهم می‌کند و به‌طرز شگفت‌انگیزی بهره‌وری را ۵۰ درصد افزایش می‌دهد.

تحقیقات که در شماره نوامبر مجله معتبر تکنولوژی پردازش سوخت منتشر شده است، به این فرآیند کاتالیزی از دو جنبه بهره اشاره می‌کند.

این فرآیند به طور کارآمد هیدروژن تولید کرده و نانولوله‌های کربنی تولید می‌کند که به عنوان یک محصول جنبی با ارزش در کاربردهای مختلف از جمله مواد الکترودی برای سلول‌های خورشیدی و باتری‌ها استفاده می‌شود.

کاتالیزور نیکل-کبالت

هیدروژن لاجوردی با تجزیه حرارتی متان (CH₄) به هیدروژن و کربن جامد بدون انتشار دی‌اکسید کربن در طی تولید تولید می‌شود.

این فناوری در مواجهه با نگرانی‌های زیست‌محیطی، یک رویکرد پاک‌تر از فناوری هیدروژن خاکستری، که گازهای گلخانه‌ای آزاد می‌کند، ارائه می‌دهد.

در سال ۲۰۲۱، دولت کره جنوبی “نقشه راه اقتصاد هیدروژنی اول” را رونمایی کرد که هدف آن تأمین داخلی ۲۸ میلیون تن هیدروژن پاک تا سال ۲۰۵۰ بود. تمرکز بر توسعه روش‌های تولید هیدروژن پایدار به خصوص در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در حال افزایش است.

با وجود نویدبخشی هیدروژن لاجوردی، تجاری‌سازی آن با چالش‌هایی روبرو بوده است، شایان ذکر است که نیاز به دماهای بالا برای واکنش تولید - معمولاً حدود ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد - و کاربردهای محدود برای کربن جامد حاصل.

کاتالیزورهای موجود بر پایه نیکل و آهن نیاز به فعالیت بیشتری در دماهای پایین دارند که کارایی و کارآیی آن را محدود کرده است.

برای رفع این مشکلات، دکتر کیم و تیم ایشان آزمایش کردند افزودن کبالت به کاتالیزور پایه نیکل را.

تحقیقات آن‌ها نشان داد که ترکیب ۸٪ نیکل و ۲٪ کبالت به حداکثر بهره‌وری تولید هیدروژن دست یافته و امکان واکنش در دمای بسیار پایین‌تری معادل ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد را فراهم می‌کند.

کاتالیزور جدید در آزمایش‌های فعالیت ابتدایی در ۳۰ دقیقه اول، بیش از ۵۰٪ بهره‌وری هیدروژن بیشتر نسبت به مدل‌های قبلی نشان داد.

قابل توجه است که فاز فعال این کاتالیزور به‌طور قابل توجهی طولانی‌تر - حدود ۱۵۰ دقیقه نسبت به ۹۰ دقیقه برای نسخه‌های پیشین - دوام دارد.

این دوام چشمگیر بدین معناست که می‌تواند تولید هیدروژن را برای مدت طولانی‌تری حفظ کند و به یک راه‌حل نویدبخش برای کاربردهای صنعتی تبدیل گردد.

بهره‌وری ۵۰٪ افزایش می‌یابد

علاوه براین، ظهور نانولوله‌های کربنی بر سطح کاتالیزور پس از واکنش نشانگر تولید موفقیت‌آمیز هیدروژن بوده و فرصتی برای ایجاد مواد کربنی با ارزش بالا ارائه می‌دهد.

این نانولوله‌ها می‌توانند در بخش‌های مختلفی استفاده شوند که قابلیت اقتصادی فرآیند تولید هیدروژن را افزایش می‌دهد.

در اظهارنظر درباره تحقیقات، دکتر کیم اظهار کرد، “این مطالعه به عنوان یک نقطه عطف مهم در تولید هم‌زمان هیدروژن و نانولوله‌های کربنی، بنابراین دستیابی به کارآیی اقتصادی و بهره‌وری، شناخته می‌شود.”

وی همچنین تأکید کرد که تیمش متعهد به پیشرفت تکنیک‌های تولید انبوه با استفاده از این کاتالیزور، ارزیابی‌های مداوم عملکرد و توسعه فناوری‌های اساسی برای سیستم‌های واکنش هستند.

یافته‌های KIER یک راهکار قابل قبول به سمت تولید هیدروژن پاک‌تر را نشان می‌دهد - عنصری حیاتی در دستیابی به کربن خنثی جهانی - و بر پتانسیل راه‌حل‌های نوآورانه که می‌تواند از سیستم‌های انرژی پایدار در آینده پشتیبانی کند، تاکید دارد.

پیامدهای این تحقیق فراتر از موفقیت در آزمایشگاه وعده استفاده‌های واقعی که با اهداف بلندپروازانه انرژی پاک کره جنوبی همسو هستند را مطرح می‌کند.

به‌عنوان جهان به سوی راه‌حل‌های انرژی پاک‌تر حرکت می‌کند، پیشرفت‌هایی از این دست در فناوری هیدروژن لاجوردی برای اطمینان از آینده‌ای پایدار حیاتی هستند.