זרז חדיש סולל את הדרך לתאי-דלק מבוססי-אתאנול

צוות מדענים ממשרד האנרגיה בארה”ב, בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת דלאוור והמכון “ישיבה יוניברסיטי” פיתח זרז חדיש שיאפשר את היישום של תאי-דלק מבוססי-אתאנול.

צוות מדענים ממשרד האנרגיה בארה”ב, בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת דלאוור והמכון “ישיבה יוניברסיטי” פיתח זרז חדיש שיאפשר את היישום של תאי-דלק מבוססי-אתאנול. הזרז היעיל מאוד מבצע שני שלבים חיוניים הדרושים לחמצון אתאנול, שעד כה היו בלתי-מושגים, ומאפשר הפקת אנרגיה נקייה בתגובות של תא-דלק. ממצאי המחקר פורסמו ברשת בגיליון ינואר של כתב-העת המדעי .Nature Materials

כמו סוללות שלעולם אינן נגמרות, תאי-דלק מימניים ממירים מימן וחמצן למים, וכחלק בלתי נפרד מהתהליך – מפיקים חשמל. אולם, לא קל להשיג ייצור יעיל, אחסון בטוח ושינוע של מימן לשם שימושיו בתאי-דלק. כחלופה לכך, מדענים בוחנים את הכללתן של תרכובות עתירות-מימן, כגון השימוש באתאנול נוזלי במערכת המכונה תא-דלק ישיר מאתאנול.

“אתאנול הוא אחד מהמגיבים האידיאליים עבור תאי-דלק,” אומר הכימאי Radoslav Adzic. “קל לייצרו, הוא בלתי-מתכלה, בלתי-רעיל, נוח לשינוע ובעל תכולת אנרגיה גבוהה. בנוסף, לאחר שינויים קלים בלבד, נוכל להשתמש בתשתיות האחסון והשינוע של גז, הקיימות כבר היום.”

משוכה עיקרית לשימוש המסחרי בתאי-דלק ישירים מאתאנול הינה החמצון האיטי והבלתי-יעיל של התרכובת, המבקע אותה ליוני מימן ואלקטרונים, הנדרשים להפקת החשמל. במיוחד, מדענים לא הצליחו למצוא זרז המסוגל לשבור את הקשרים הכימיים שבין אטומי הפחמן של האתאנול.

אולם, צוות המדענים הזה הצליח למצוא אותו. הזרז, המורכב מאטומי פלטינה ורודיום המעוגנים על ננו-חלקיקים של בדיל דו-חמצני, מסוגל לבקע קשרי פחמן בטמפרטורת החדר ולחמצן באופן יעיל אתאנול לתוצר העיקרי שלו – פחמן דו-חמצני. זרזים אחרים, לשם השוואה, מפיקים אצטאלדהיד וחומצה אצטית כתוצרים העיקריים – שני חומרים שאינם מתאימים להפקת אנרגיה.

“היכולת לבקע קשר פחמן-פחמן וקבלת פחמן דו-חמצני בטמפרטורת החדר הינה מאפיין חדש לחלוטין של זרזים,” אומר החוקר. “לא קיימים היום כל זרזים אחרים המסוגלים להשיג זאת בפוטנציאלים מעשיים.”

תכונותיו המבניות והאלקטרוניות של הזרז החדש נקבעו באמצעות שיטות עוצמתיות של בליעת קרני-רנטגן, בשילוב עם מידע שהתקבל מאנליזות של ספקטרוסקופיית העברת אלקטרון (TEM). בהתבסס על ממצאים אלו ועל חישובים נוספים, החוקרים הגיעו למסקנה כי היעילות הגבוהה של הזרז השלישוני שלהם מקורה בפעילות המשולבת של כל שלושת המרכיבים יחדיו – פלטינה, רודיום ובדיל דו-חמצני – מידע שיוכל להיות חשוב גם ביישומי-אנרגיה אחרים.

“ממצאים אלו יכולים להביא לאפשרויות מחקר חדשות, לא רק עבור זרזי-חשמל ותאי-דלק, אלא גם עבור תהליכים קטליטיים אחרים רבים,” מציין החוקר. בשלב הבא, החוקרים ייבחנו את ביצועיו של הזרז החדש בתא-דלק ממשי במטרה לצפות במאפייניו הייחודים ממקור ראשון.

הידיעה על המחקר