Hidrogen dianggap sebagai bahan bakar yang hampir ideal karena ketika dibakar tidak mengeluarkan gas rumah kaca yang berbahaya seperti CO2 - hanya uap air. Era bahan bakar bersih, bagaimanapun, belum tiba - terlalu mahal untuk memproduksi hidrogen. Salah satu penyebabnya adalah proses tersebut menggunakan katalis logam mulia.
Para ilmuwan di Tomsk Polytechnic University (TPU) telah menemukan alternatif yang lebih terjangkau untuk logam golongan platina dan mengembangkan teknologi untuk memproduksi bahan yang menjanjikan - karbida tungsten kubik. Bagaimana penemuan para peneliti Rusia akan mendekatkan penggunaan bahan bakar hidrogen secara luas - di bawah batasan.
Mengapa hidrogen?
Permintaan hidrogen meningkat, dan volume penggunaannya berlipat ganda setiap 15 tahun. Unsur kimia ini banyak digunakan dalam industri perminyakan.
Selain itu, hidrogen memainkan peran kunci dalam apa yang disebut dekarbonisasi ekonomi, yang berarti menghindari penggunaan hidrokarbon. Sebagai bahan bakar, ini adalah salah satu alternatif yang paling tidak berbahaya. Menurut perkiraan BloombergNEF (BNEF), apa yang disebut hidrogen "hijau" yang diperoleh dengan elektrolisis dapat mengurangi emisi global gas rumah kaca hingga 34% pada tahun 2050.
Saat ini, volume pasar bahan bakar hidrogen diperkirakan mencapai $ 700 miliar. Dalam semua dokumen strategis Uni Eropa, yang baru-baru ini diadopsi, hidrogen dinamai pendorong utama pertumbuhan untuk mengatasi krisis ekonomi akibat COVID-19.
Kesulitan produksi
Hidrogen praktis tidak ditemukan di Bumi dalam bentuknya yang murni; unsur tersebut diekstraksi dari senyawa lain sebagai hasil reaksi kimia. Biasanya, ini adalah produksi yang secara ekonomi tidak menguntungkan atau sulit untuk ditempatkan di rel industri. Ilmuwan sedang mempelajari berbagai cara untuk membuat produksi hidrogen lebih murah dan mudah. Bagaimanapun, ini secara langsung memengaruhi seberapa cepat dunia dapat beralih ke bahan bakar yang lebih ramah lingkungan.
ahli BNEF memperkirakan bahwa sebelum 2030 hidrogen "hijau" akan menelan biaya lebih dari $ 2 / kg dan akan mulai bersaing dengan batu bara dan gas alam di industri, misalnya, dalam produksi baja. Dan pada tahun 2050, unsur kimia akan mampu bersaing harga dengan batubara termurah, namun tidak menghasilkan satu gram pun CO2.
Prospeknya bagus. Misalnya, setahun lalu, perusahaan minyak Jerman Shell mulai membangun salah satu pabrik produksi hidrogen terbesar di dunia dengan cara elektrolisis. Direncanakan mulai beroperasi pada akhir tahun dan akan mampu memproduksi hingga 1.300 ton hidrogen per tahun.
Katalis lebih murah
Biasanya, elektrolisis hidrogen menggunakan katalis yang terbuat dari logam golongan platina - platina, iridium, rutenium dan turunannya. Semuanya diklasifikasikan sebagai logam mulia dan harganya sangat mahal.
Analog yang lebih murah adalah tungsten karbida kubik. Kondisi produksinya tidak sederhana: sintesis membutuhkan suhu 3000 ° C dan pendinginan yang sangat cepat. Tetapi para ilmuwan dari Universitas Politeknik Tomsk berhasil mengembangkan perangkat yang memungkinkan produksi bahan ini dengan persentase kemurnian tinggi (hingga 95%).
Instalasi Sumber - akselerator magnetoplasma koaksial. Ini mencapai suhu tinggi dan pendinginan sangat cepat dengan bantuan jet plasma. Kecepatannya lebih dari 3 km / s, dan reaksinya sendiri membutuhkan waktu kurang dari 1 ms. Serbuk tungsten dan karbon hitam yang tersedia dan relatif murah ditempatkan di pedal gas. Di ruang kerja perangkat, bubuk awal diubah menjadi tungsten karbida kubik selama reaksi kimia plasma. Para ilmuwan mendeskripsikan hasil eksperimen tersebut dalam jurnal ilmiah Journal of Alloys and Compounds .
“Partikel nano tungsten karbida kubik yang diperoleh selama reaksi berhasil digunakan dalam reaksi untuk memperoleh hidrogen dari air. Ini akan memungkinkan meminimalkan penggunaan logam mulia langka dan mahal dari kelompok platinum, ” kata Ivan Shanenkov, profesor di Departemen Teknik Listrik dan Listrik TPU .
Apa berikutnya
Ilmuwan TPU telah mengkonfirmasi sifat material yang menjanjikan bersama dengan peneliti China dari Universitas Jilin dan Universitas Qingdao. Di masa depan, para ilmuwan berencana untuk meningkatkan aktivitas katalitik material dan sepenuhnya meninggalkan penggunaan logam mulia yang mahal dalam elektrokatalisis hidrogen dari air.
