นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีใหม่ ปลอดภัย และมีประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจนจากสารละลายของเสียอินทรีย์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้มาจาก
การผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นเป้าหมายหลักในการพัฒนาแนวทางปฏิบัติด้านพลังงานที่ยั่งยืน แตกระบวนการนี้ยังไม่มีเทคนิคที่เป็นไปได้ โชคดีที่ทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์โตเกียว นำโดย Prof. Ken-ichi Katsumata ได้ระบุเทคนิคใหม่ในการใช้สนิมและแสงเพื่อเร่งการผลิตไฮโดรเจนจากสารละลายของเสียอินทรีย์ ซึ่งเป็นการค้นพบที่สามารถปฏิวัติอุตสาหกรรมพลังงานสะอาด
ในการบรรยายเรื่องการเปลี่ยนแปลง
สภาพภูมิอากาศ มลพิษ และทรัพยากรที่ลดลงในปัจจุบัน เชื้อเพลิงหนึ่งชนิดอาจเป็นตัวเปลี่ยนเกมในอุตสาหกรรมพลังงาน นั่นคือ ไฮโดรเจน เมื่อเผาไหม้ในเครื่องยนต์สันดาปหรือในโรงไฟฟ้า เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะผลิตแต่น้ำเท่านั้น ทำให้สะอาดกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลในปัจจุบันของเรามาก หากไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกหรือการผลิตก๊าซพิษ ไม่มีส่วนสนับสนุนต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และไม่มีหมอกควัน ไฮโดรเจนอาจเป็นคำตอบสำหรับอนาคตของพลังงานสะอาดกว่า แล้วทำไมจึงไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากกว่านี้
ประการแรกไฮโดรเจนติดไฟได้สูง
และรั่วไหลได้ง่ายมากจากถังเก็บ ทำให้เกิดอันตรายจากการระเบิดระหว่างการจัดเก็บและการขนส่ง ประการที่สอง แม้ว่าไฮโดรเจนบริสุทธิ์จะเกิดขึ้นตามธรรมชาติบนโลก แต่ก็ไม่พบในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการใช้ประโยชน์อย่างคุ้มค่า อะตอมไฮโดรเจนจะต้องถูกสกัดจากโมเลกุลอย่างมีเทนหรือน้ำ ซึ่งต้องใช้พลังงานจำนวนมาก แม้ว่าจะมีเทคนิคหลายอย่างในการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ทำให้กระบวนการนี้ “มีประสิทธิภาพ” มากพอที่จะทำให้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่มีการแข่งขันทางการค้าในตลาดพลังงานที่เกี่ยวข้อง : นักวิทยาศาสตร์พัฒนาวิธีใหม่ที่น่าตื่นเต้นในการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ปลอดภัย ราคาถูก
และมีประสิทธิภาพสูงสุด
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานเกี่ยวกับปัญหานี้ หนึ่งในวิธีการที่มีแนวโน้มมากที่สุดที่จะบรรลุเป้าหมายนี้คือผ่านกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ โดยใช้แสงเพื่อเร่งความเร็ว (หรือ “เร่งปฏิกิริยา”) ปฏิกิริยาเพื่อแยกโมเลกุลของน้ำออกเป็นออกซิเจนและก๊าซไฮโดรเจน ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์สองคนบรรยายถึงผลกระทบของฮอนด้า-ฟูจิชิมะ ซึ่งใช้ไททาเนียมไดออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงในการผลิตไฮโดรเจน
จากการวิจัยครั้งนี้
ทีมงานพยายามที่จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเซมิคอนดักเตอร์ที่ราคาถูกกว่าและหาซื้อได้ง่ายสำหรับปฏิกิริยานี้ โดยหวังว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นไปอีก ลดต้นทุนการผลิตและความปลอดภัยของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนการศึกษาของพวกเขาที่ตีพิมพ์ในChemistry: A European Journalระบุว่าด้วยการใช้รูปแบบของสนิมที่เรียกว่า α-FeOOH การผลิตไฮโดรเจนภายใต้การฉายรังสีด้วยหลอด Hg-Xe จะสูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไททาเนียมไดออกไซด์ถึง 25 เท่าภายใต้แสงเดียวกัน
การทดลองที่ดำเนินการโดย
ศาสตราจารย์ Katsumata และเพื่อนร่วมงานมีวัตถุประสงค์เพื่อจัดการกับความท้าทายทั่วไปที่พบในการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเซมิคอนดักเตอร์ในการผลิตไฮโดรเจนที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ มีอุปสรรคสำคัญสามประการที่ผู้เขียนบรรยายไว้ ประการแรกคือความต้องการวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้เหมาะสมกับการใช้พลังงานแสง อย่างที่สองคือ photocatalyst ส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันต้องการโลหะที่หายากหรือ “มีเกียรติ” เป็น cocatalyst ซึ่งมีราคาแพงและหาได้ยากตรวจสอบ: โรงไฟฟ้าแห่งใหม่เปลี่ยนขยะให้เป็นพลังงาน—และเพิ่มเป็นสองเท่าของลานสกีและกำแพงปีนเขา
พวกเขายังตั้งเป้าที่จะค้นหาวิธีแก้ปัญหา
ที่ไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาเท่านั้น แต่ยังประสบความสำเร็จในการป้องกันไฮโดรเจนและออกซิเจนจากการควบคู่กันใหม่และสร้างอันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้ศาสตราจารย์คัตสึมาตะกล่าว “เราประหลาดใจมากที่เกิดไฮโดรเจนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานี้ เพราะเหล็กออกไซด์ส่วนใหญ่ไม่เป็นที่รู้จักว่าลดเหลือไฮโดรเจน ต่อจากนั้น เราค้นหาสภาวะสำหรับการกระตุ้น α-FeOOH และพบว่าออกซิเจนเป็นปัจจัยที่ขาดไม่ได้ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจครั้งที่สอง เนื่องจากการศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าออกซิเจนไปยับยั้งการผลิตไฮโดรเจนโดยการจับอิเล็กตรอนที่ตื่นเต้น”เพิ่มเติม : แบตเตอรี่
คาร์บอนไดออกไซด์
แบบชาร์จไฟได้เต็มชุดแรกมีประสิทธิภาพมากกว่าลิเธียมไอออนถึงเจ็ดเท่าทีมงานยืนยันกลไกการผลิตไฮโดรเจนจากสารละลายน้ำ-เมทานอลโดยใช้วิธี ‘gas-chromatography-mass-spectrometry’ ซึ่งแสดงให้เห็นว่า α-FeOOH ออกฤทธิ์มากกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไททาเนียมไดออกไซด์ 25 เท่าที่ใช้ในการวิจัยครั้งก่อน ซึ่งสนับสนุนการผลิตไฮโดรเจนที่เสถียร นานกว่า 400 ชั่วโมง
“ฟังก์ชันเฉพาะของออกซิเจน
ในการกระตุ้น α-FeOOH ที่เกิดจากแสงยังไม่ได้รับการเปิดเผย ดังนั้นการสำรวจกลไกจึงเป็นความท้าทายต่อไป””แม้ว่าเราจะสามารถอธิบายการสร้างเชื้อเพลิง (ไฮโดรเจนได้อย่างรวดเร็ว) ได้อย่างรวดเร็ว แต่ก็ใช้เวลาประมาณสามปีในการตรวจสอบบทบาทของออกซิเจน (เหตุใดจึงใช้ออกซิเจน)” ศาสตราจารย์คัตสึมาตะกล่าวกับ GNN “ในขั้นตอนนี้ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นกับแสงอัลตราไวโอเลตเท่านั้น และผลผลิตควอนตัมของมันไม่สูง เราจำเป็นต้องดำเนินการวิจัยต่อไปเพื่อ
ปรับปรุงประสิทธิภาพของปฏิกิริยา”
สำหรับตอนนี้ การค้นพบของคัตสึมาตะและเพื่อนร่วมงานของเขาแสดงถึงความก้าวหน้าครั้งใหม่ในการผลิตแหล่งพลังงานที่สะอาดปราศจากมลพิษซึ่งจะเป็นศูนย์กลางของสังคมที่ยั่งยืนแห่งอนาคตพิมพ์ซ้ำจากToky
