En forskargrupp bestående av NIMS och Tokyo Institute of Technology har identifierat material som kan katalysera omvandlingen av orto-väte till para-väte. Dessa katalysatorer bör vara väsentliga för spridningen av masstransport/lagring av flytande väte. Forskningen publiceras i tidskriften Exploration .
Väte håller på att bli allmänt accepterat som en alternativ energikälla till fossila bränslen. Dess flytande (vid temperaturer under -253°C under tryck högre än en atmosfär) kan dramatiskt minska dess volym, vilket gör den lämplig för transport och lagring. Vätemolekyler (H2 )—var och en består av två väteatomer—finns i två isomera former:orto- och para-H2 .
Under normala förhållanden, orto- och para-H2 är närvarande i förhållandet 3:1, med orto-H2 något mer energimässigt instabil än para-H2 . Gradvis kylning av H2 till dess vätsketemperatur orsakar all orto-H2 för att konvertera till para-H2 , som producerar stabil flytande H2 .
Snabb kylning av H2 under högt tryck – som behövs för kondensering – fördröjer orto-till-para-omvandlingen under kylningsprocessen, vilket lämnar avsevärda mängder orto-H2 i vätskan H2 produceras. Den återstående orto-H2 molekyler fortsätter att isomerisera till para-H2 under lagringen, vilket utlöser partiell förångning av vätskan H2 och resulterar i betydande förlust av H2 och energi.
Valet av lämpliga katalysatorer före vätskebildningsprocessen kan lösa detta problem på grund av accelererad orto-till-para-omvandling. Befintliga katalysatorer var dock oförmögna att på ett adekvat sätt accelerera omvandlingen och det var därför önskvärt att utveckla mer effektiva sådana.
Detta forskarteam utvärderade förmågan hos mer än 170 fasta material - inklusive metaller och jonkristaller - att katalysera orto-till-para-omvandling. Teamet fann att manganoxid (Mn3 O4 ) och koboltoxid (CoO) uppvisade signifikant högre katalytisk prestanda än konventionella järnoxidbaserade katalysatorer. Dessutom identifierade teamet viktiga faktorer som påverkar de katalytiska aktiviteterna hos dessa material för att påskynda orto-till-para-omvandlingen.
Flytande väte är avgörande för långväga vätetransporter till sjöss från stora väteproducenter/exportörer (särskilt Australien och Mellanöstern) till väteimportörer, såsom Japan.
Riktlinjerna för katalysatordesign och högpresterande katalysatorer som utvecklats i detta forskningsprojekt förväntas i hög grad hjälpa Japan att gå vidare med sin plan att omsätta konceptet med väteekonomi i praktiken.
Mer information: Hideki Abe et al, Exploration of heterogenous catalyst for molecular hydrogen orto-para conversion, Exploration (2023). DOI:10.1002/EXP.20230040
Tillhandahålls av National Institute for Materials Science
