Śmieci zamienione w skarb. Do czego można wykorzystać odpady metalowe?
Naukowcy odkryli innowacyjną technikę przekształcania metalowych odpadów w wydajny katalizator umożliwiający produkcję wodoru z wody. To podejście można porównać do chemicznego kamienia filozoficznego, który przetwarza odpady na jeden z najbardziej poszukiwanych surowców na świecie.
Wodór jest uznawany za jedno z kluczowych źródeł energii, które mogą przyczynić się do osiągnięcia gospodarki o zerowej emisji. Jednak w przyrodzie wodór nie występuje w wolnej formie, lecz jest związany w różnych związkach chemicznych, co wymaga jego wydzielenia z tych materiałów (np. gaz ziemny, ropa naftowa, biomasa) za pomocą energii. Proces ten jest często złożony i kosztowny, ale chemicy na całym świecie dążą do jego optymalizacji.
Zespół z University of Nottingham’s School of Chemistry and Faculty of Engineering odkrył, że wióry stalowe, będące odpadem z przemysłu obróbki metalu, posiadają na swojej powierzchni nanorowki, które mogą służyć jako miejsca zakotwiczenia atomów platyny lub kobaltu. To prowadzi do tworzenia wydajnych elektrokatalizatorów, które efektywnie rozszczepiają wodę na wodór i tlen. Wyniki badań opisano w Journal of Material Chemistry A.
Metalowe odpady przekształcone w chemiczne „złoto”
Wolny wodór występuje w śladowych ilościach w górnych warstwach atmosfery i gazach wulkanicznych, ale zazwyczaj jest związany w wielu organicznych i nieorganicznych związkach, takich jak woda, białka czy cukry. Wodór jest postrzegany jako idealne i czyste paliwo, które można wykorzystać do produkcji ciepła czy napędu pojazdów, przy czym jedynym produktem spalania jest para wodna. Niestety, większość metod produkcji wodoru nadal opiera się na surowcach pochodzących z paliw kopalnych.
Elektroliza wody, która polega na rozkładzie wody na wodór i tlen przy użyciu energii elektrycznej, stanowi jedną z najbardziej obiecujących ekologicznych metod produkcji wodoru. Proces ten wymaga jednak rzadkich i drogich pierwiastków, takich jak platyna, do katalizowania rozkładu wody. Z powodu ograniczonej dostępności i rosnących cen metali szlachetnych, istnieje pilna potrzeba alternatywnych elektrokatalizatorów do produkcji wodoru z wody.
— W samej Wielkiej Brytanii przemysł generuje rocznie miliony ton metalowych odpadów. Dzięki zastosowaniu skaningowego mikroskopu elektronowego badacze zbadali pozornie gładkie powierzchnie wiórów ze stali nierdzewnej, tytanu lub stopu niklu i odkryli, że mają one rowki i grzbiety o szerokości kilkudziesięciu nanometrów. Okazało się, że nanoteksturowane powierzchnie są idealne do tworzenia elektrokatalizatorów — powiedział Dr Jesum Alves Fernandes.
Naukowcy zastosowali technikę magnetronowego rozpylania, aby “zasiać” atomy platyny na powierzchni metalowych wiórów. Utworzone w ten sposób nanocząstki platyny osadzają się w nanorowkach, tworząc idealny katalizator do elektrolizy wody.
Naukowcy zauważyli, że ten proces pozwala na produkcję wodoru z wody przy użyciu zaledwie 1/10 ilości platyny w porównaniu z nowoczesnymi komercyjnymi katalizatorami. Do stworzenia elektrolizera na skalę laboratoryjną potrzeba było tylko 27 µg szlachetnego metalu na 1 cm³ wiórów. Naukowcy współpracują teraz z firmą AqSorption Ltd, aby skomercjalizować tę technologię.
— Nasze unikalne podejście, które polega na osadzaniu atomów platyny na nanoteksturowanych powierzchniach, rozwiązuje dwa główne problemy. Po pierwsze, pozwala na produkcję ekologicznego wodoru z minimalnym użyciem metalu szlachetnego, a po drugie, umożliwia recykling metalowych odpadów z przemysłu lotniczego i kosmicznego w jednym procesie — powiedział Prof. Andrei Khlobystov.
Źródło: pubs.rsc.org
