ביקוע מים ע”י מינרל נפוץ

המפתח לכלכלה מבוססת מימן עשוי להגיע ממינרל פשוט במיוחד, המופיע ככתם שחור ע”ג סלעים 

צוות מחקר בינלאומי של מדענים, בראשות חוקרים מאוניברסיטת מונש באוסטרליה, מצא כי המפתח לכלכלה מבוססת מימן עשוי להגיע ממינרל פשוט במיוחד, המופיע ככתם שחור ע”ג סלעים.

ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Nature Chemistry. פרופסור Leone Spiccia מביה”ס לכימיה באוניברסיטת מונש באוסטרליה הסבירה כי מטרת החוקרים בתחום זה הינה לפתח דרך זולה ויעילה לביקוע מולקולת מים, בעזרת אור השמש, למרכיביה הבסיסיים חמצן ומימן, תגלית שתוכל להוביל להפקת מימן כדלק נקי ולפיתוח פתרונות ארוכי-טווח למשבר האנרגיה.

על-מנת להשיג מטרה זו, החוקרים בחנו זרזים מורכבים שנועדו לחקות את הזרזים שבהם הצמחים משתמשים בכדי לבקע מים בעזרת אור השמש. אולם, המחקר החדש מראה כי תיתכן חלופה הרבה יותר פשוטה לכך.

“החלק המאתגר ביותר בהפיכת מים לדלק הוא שלב הביקוע של מים לחמצן ומימן, אולם נראה כי צוות המחקר גילה את התהליך המתאים, תוך פיתוח תא לביקוע מים המכיל זרז המבוסס על המתכת מנגן,” מסבירה החוקרת.

“מסתבר כי המינרל Birnessite (המונח בויקיפדיה) הוא המפתח לכך. בדומה ליסודות אחרים המצויים במרכז הטבלה המחזורית, מנגן יכול להתקיים במספר מצבי חמצון. כאשר מופעל מתח חשמלי בתא, מתרחש ביקוע של מים למימן ולחמצן וכאשר החוקרים בחנו בקפדנות את הזרז במהלך פעילותו בעזרת שיטות ספקטרוסקופיות מתקדמות הם מצאו כי הוא מתפרק לחומר פשוט יותר המכונה Birnessite, המוכר מאוד לגיאולוגים ככתם השחור המופיע ע”ג סלעים רבים.”

המנגן שבזרז עובר בין שני מצבי חמצון. ראשית, מופעל מתח הגורם לחמצון המנגן ממצב חמצון II למצב חמצון IV במינרל. ואז, בחשיפה לאור השמש המינרל חוזר למצב חמצון מנגן-II. תהליך מחזורי זה הוא האחראי לחמצון מים המביא לקבלת גז חמצן, פרוטונים ואלקטרונים.

“מחקר זה עשוי לספק תובנות חשובות בנוגע להתפתחותו של הזרז הטבעי לביקוע מים הנמצא בכל הצמחים המשתמשים במתכת מנגן לשם כך,” מציין אחד מהחוקרים. “מדענים השקיעו מאמצים רבים בפיתוח מולקולות מנגן מורכבות ביותר לשם חיקוי פעילות הצמחים, אולם מסתבר כי דווקא חומר נפוץ המצוי בכדור הארץ מהווה חומר יעיל דיו לביצוע מלאכה זו.”

התגובה כוללת שני שלבים. ראשית, שתי מולקולות מים מחומצנות לקבלת מולקולה אחת של גז חמצן (O2), ארבעה גרעיני מימן טעונים חיובית (פרוטונים) וארבעה אלקטרונים. בשלב השני, הפרוטונים והאלקטרונים חוברים יחדיו ליצירת שתי מולקולות של גז מימן (H2).

החוקרים מקווים כי הממצאים שלהם יובילו בסופו של דבר לפיתוח של התקנים זולים המייצרים מימן נקי.

הידיעה על המחקר