קטליזאטור לחמצון מים שמקורו מצמחים – אמצעי יעיל לייצור מימן

מימן עשוי להיות אחד מהדלקים החשובים ביותר בעתיד. יהיה זה עדיף ביותר אם ניתן יהיה לקבלו מפירוק מים במקום מנפט. אולם, אלקטרוליזה של מים הינה תהליך הדורש אנרגיה רבה וגורם לה להיות הן יקרה והן חסרת יעילות אם החשמל הנדרש להפעלתה מגיע משריפת דלקי מאובנים. פוטוליזה, פירוק מים באמצעות אור, הינה תהליך חליפי מבטיח ביותר

קטליזאטור המזרז באופן יעיל את חציה החיוני של תגובה הפוטו-חמצון של מים מכיל את היסוד מנגן.
קטליזאטור המזרז באופן יעיל את חציה החיוני של תגובה הפוטו-חמצון של מים מכיל את היסוד מנגן.

צוות חוקרים אוסטרליים ואמריקאים פיתחו עתה קטליזאטור המזרז באופן יעיל את חציה החיוני של תגובה זו, הפוטו-חמצון (photooxidation) של מים. כפי שמדווח בכתב-העת Angewandte Chemie ליבת הקטליזאטור החדש הינה תצמיד המכיל את היסוד מנגן (manganese) המחקה את זה הקיים באורגניזמים המבצעים פוטוסינתזה.

אלקטרוליזה הינה התהליך ההופכי המתרחש בסוללה: כלומר – אנרגיה חשמלית המומרת לאנרגיה כימית. האלקטרוליזה של מים מורכבת משני חצאי-תגובות: בקתודה, פרוטונים מחוזרים למימן, בעוד באנודה החמצון של מים מייצר חמצן. היעד של החוקרים היה להשתמש באור השמש בכדי להפעיל את התהליך האנרגטי הזה. בכדי שהדבר יפעל, יש צורך לשלב את התאים הסולאריים המודרניים המשתמשים באנרגיית השמש עם פוטו-קטליזאטורים יעילים לחמצון המים וחיזור הפרוטונים לקבלת גז מימן.

המשוכה הגבוהה ביותר שצריך היה לעבור כדי לקבל פירוק פוטוקטליטי של מים, עד היום, הייתה מציאת קטליזאטור יעיל המחמצן מים. למעשה, הקטליזאטור הידוע הטוב ביותר, המחמצן מים באופן יעיל ביותר בתגובה לקרינת אור, הינו אנזים במערכת הפוטוסינתזה של אורגניזמים חיים המכיל מנגן.

החוקרים השתמשו בדיוק באנזים זה כמודל למחקרם – הקטליזאטור הינו תצמיד של אוקסו-מנגן בעל ליבה קובייתית הכוללת ארבעה אטומי מנגן וארבעה אטומי חמצן המחופים ע"י תרכובות זרחן משניות. הצורון הקטליטי הפעיל נוצר כאשר אנרגיית אור גורמת לשחרורה של אחת מתרכובות אלו מהמבנה התצמידי.

אולם, תצמיד המנגן אינו מסיס במים. החוקרים התגברו על בעיה זו ע"י ציפויה של אחת מהאלקטרודות בקרומית דקיקה של החומר נפיון (Nafion). כאשר הוא ממוקם בתוככי התעלות המימיות של קרומית זו, הקטליזאטור יציב ויוצר מגע עם פרודות המים. הקרנה באור נראה, כאשר מופעל זרם של 1.2 וולטים, מובילה לאלקטרו-חמצון יעיל של המים.

חצי-תא אנודי זה יוכל לחבור בקלות לחצי-תא קטודי קטליטי המייצר מימן. השילוב יביא לקבלת תא פוטואלקטרוכימי שיוכל לייצר מימן וחמצן טהור ממים ואור שמש.

להודעת החוקרים

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

9 תגובות

  1. בעית הלילה עשויה להפתר חלקית, באיזורים מפותחים מבחינת תשתית, ע"י הזרמת חשמל ממקומות מוארים למקומות לא מוארים תוך ניצול הרשתות הקיימות. אפשר להזרים חשמל ממזרח למערב ולהיפך.

  2. בשעות היום כל העסקים פתוחים, לא רק מפעלי ייצור, וגם המזגנים עובדים חזק, ולכן גם פתרון לשעות היום הוא פתרון די מעשי.

    הבעיה העיקרית היא לא כל כך שעות הלילה, אלא דווקא שעות הערב שבהם כבר אין שמש אבל הפעילות לא מעטה (הייטק, קניונים).

  3. היום מפתחים שיטות שונות לאגירת אנרגיה סולארית בשעות האור ע"מ ניצול בשעות החשיכה, נראה לי שהייתה על נושא זה בידען כתבה או דיון לפני לא הרבה זמן.

    בעוד כמה שנים כשטכנולגיית ניצול אנרגיית השמש תהיה מספיק מתקדמת ישתמשו בה להפקת רוב האנרגיה הנדרשת.

  4. אינני מזלזל בהיתוך קר אבל להצביע עליו בתור "הדרך הנכונה" כאשר כלל לא ידוע אם ניתן לבצעו וכיצד נראית לי נמהרת, בלשון המעטה.

    הרעיון כאן מתאר בדיוק….אגירת אנרגיה. העובדה ש(ללא סיוע לווינים) ניתן לנצל את אור השמש רק במשך חצי מהיממה אינה אומרת שלא ניתן לייצר אנרגיה שתספיק ליממה שלמה.

  5. רק מוכיח שהאבולציה היא אחד הכלים החזקים של היעילות הטכנולוגית כיום

  6. לעמי:
    התלות באור השמש לייצור אנרגיה הוא לא הפתרון הטוב ביותר מהסיבה הפשוטה – השמש לא זמינה לאורך כל היממה ולכן יש צורך באגירת אנרגיה – מה שמוריד את היעילות של מערכת כזו באופן דרסטי.
    לדעתי הפיתרון העדיף הוא "שמש פרטית" כמקור אנרגיה 🙂 AKA היתוך קר
    מערכת כזו תפיק המון אנרגיה ואין צורך באגירת דלק / אנרגיה
    לצערי מאז הפיאסקו האחרון בנושא, ירדה ההשקעה במחקר של כיוון זה, אבל אני מקווה שהזיכרון המר יימחק ויחזרו להשקיע בכיוון זה.

  7. נו נו… נחיה ונראה.
    האם ברור וידוע המנגנון של פרוק המים לחמצן כפי שניתן להבין מהמאמר הזה? האם התהליך הזה מובן לנו לחלוטין? אם כן, מתי נתגלה?

    והשאלה הנוספת היא, האם אפשר לעשות מזה סוג של פרפטום מובילה כזה שבה המערכת תספק לעצמה גם את זרם החשמל הדרוש ובמקביל תקצור את המימן.

    למעשה, ביום שנדע להפוך מים לאנרגיה תוך שימוש של אור השמש, כל בעיות האנרגיה שלנו יעלמו כליל. אבל אז, כמובן, יבואו בעיות אחרות לחלוטין.

    בברכת חברים,
    עמי בכר

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן