חלופות לדלק נקי המבוססות על ננו-חלקיקים

בעתיד ניתן יהיה לפתח טכנולוגיות זולות של אנרגיה נקייה הודות לתגלית חדשה – צוות חוקרים מאוניברסיטת פן סטייט גילו כי אפשר ליזום, או לזרז, תגובה כימית חשובה ליצירת מימן מתוך מים באמצעות ננו-חלקיקים המורכבים מניקל וזרחן, שני יסודות זולים הנפוצים מאוד על פני כדור הארץ.

בעתיד ניתן יהיה לפתח טכנולוגיות זולות של אנרגיה נקייה הודות לתגלית חדשה – צוות חוקרים מאוניברסיטת פן סטייט גילו כי אפשר ליזום, או לזרז, תגובה כימית חשובה ליצירת מימן מתוך מים באמצעות ננו-חלקיקים המורכבים מניקל וזרחן, שני יסודות זולים הנפוצים מאוד על פני כדור הארץ.

ממצאי המחקר החדש התפרסמו בכתב-העת המדעי Journal of the American Chemical Society.

החוקר הראשי מסביר כי התכלית של ננו-החלקיק המורכב מניקל ופוספיד היא לסייע ביצירת גז מימן מתוך ביקוע מולקולת מים – תהליך חשוב עבור טכנולוגיות רבות ליצירת אנרגיה, לרבות תאי דלק ותאים סולאריים. “מים הם הדלק המושלם, מאחר והם זולים ונפוצים, אולם אנו צריכים לשלוף מתוכם את המימן האצור בהם,” מסביר החוקר הראשי. למימן יש תכולת אנרגיה גבוהה והוא נשא אנרגיה יעיל, אולם יש להשקיע אנרגיה לשם ייצורו. על מנת להפוך את ייצורו לתהליך מעשי, מדענים מנסים למצוא דרך ליזום את התגובות הכימיות הנדרשות בעזרת זרזים לא-יקרים. החוקר מסביר כי מטרה זו הושגה במידה טובה על ידי השימוש במתכת פלטינה, אולם לאור העובדה כי מתכת זו יקרה ודי נדירה, החוקרים ניסו למצוא חומרים חלופיים זולים יותר.

“היו מספר תחזיות כי ניקל פוספיד עשוי להיות מועמד ראוי, וצוות המעבדה שלי כבר עובד עם ננו-חלקיקים של ניקל פוספיד מזה שנים רבות,” אמר החוקר הראשי. “מסתבר כי ננו-חלקיקים אלו אכן היו פעילים ביצירת מימן ויעילותם משתווה לחלופות הטובות ביותר הקיימות היום המבוססות על פלטינה”.

לשם הכנת ננו-החלקיקים של הניקל פוספיד, אחד מחברי צוות החוקרים החל לבחון מלחי מתכת זמינים מסחרית. בשלב הבא החוקרים המיסו את המלחים הללו, הוסיפו חומרים כימיים נוספים וחיממו את התמיסה לשם יצירת ננו-החלקיקים. החוקרים הצליחו להכין ננו-חלקיק שצורתו מעין-כדורית – לא כדורית באופן מושלם אך כדורית בעלת קצוות שטוחים וחשופים רבים. “גודלו הקטן של ננו-החלקיק יצר שטח פנים גבוה, והקצוות החשופים משמעותם כי קיים מספר גבוה של אתרים הזמינים לזירוז התגובה הכימית המייצרת את המימן,” מוסיף ומסביר החוקר הראשי.

השלב הבא של החוקרים היה לבחון את פעילותם של ננו-חלקיקים אלו בתור זרזים של תגובות כימיות שונות. הם עשו זאת באמצעות הכנסת ננו-החלקיקים לתוך יריעה של רדיד טיטאניום והטבלת יריעה זו בתוך תמיסה של חומצה גופרתית. בשלב הבא החוקרים הפעילו מתח חשמלי ומדדו את הזרם המתקבל. המדידות גילו כי התגובות הכימיות אכן זורזו וביעילות גבוהה ביותר.

“הטכנולוגיה של ננו-החלקיקים כבר סללה את הדרך לקבלה של אנרגיה זולה ונקייה יותר שהיא גם יעילה וגם שימושית,” מסביר החוקר הראשי. “המטרה שלנו עכשיו היא לשפר עוד יותר את הביצועים של ננו-החלקיקים הללו ולהבין מדוע הם פועלים באופן זה. בנוסף, צוות המחקר שלנו מאמין כי ההצלחה שלנו עם הניקל פוספיד תסלול את הדרך לגילויים של זרזים חדשים שיתבססו גם הם על מתכות נפוצות אחרות. תובנות שתתקבלנה מתגלית זו עשויות להוביל לזרזים טובים ויעילים עוד יותר בעתיד לבוא.”

הידיעה על המחקר