Forskarna visar en wafer belagd i sin nya katalysator, vilket sänker mängden el som krävs för att dela vatten till väte och syre under pH-neutrala förhållanden. Kredit:Tyler Irving/U från T Engineering
En framtid som drivs av kolfritt bränsle beror på vår förmåga att utnyttja och lagra energi från förnybara men intermittenta källor, som sol och vind. Nu, en ny katalysator utvecklad vid University of Toronto Engineering ger ett uppsving för ett antal ren energiteknik som är beroende av att producera väte från vatten.
Förutom att vara en nyckelingrediens i allt från bränsle till gödningsmedel, väte har stor potential som energilagringsmedium. Tanken skulle vara att använda förnybar el för att producera väte från vatten, vänd sedan senare processen i en elektrokemisk bränslecell, vilket resulterar i ren kraft vid behov.
"Väte är ett oerhört viktigt industriellt råmaterial, men tyvärr kommer det idag till övervägande del från fossila bränslen, vilket resulterar i ett stort koldioxidavtryck, " säger professor Ted Sargent, senior författare på ett papper i Naturenergi som beskriver den nya katalysatorn. "Elektrolys - vattenspjälkning för att producera förnybart väte och syre - är en övertygande teknik, men det behövs ytterligare effektivitetsförbättringar, kosta, och lång livslängd. Detta arbete erbjuder en ny strategi för att uppnå dessa kritiskt viktiga mål."
Sargents labb är bland flera forskargrupper runt om i världen som tävlar för att skapa katalysatorer som sänker mängden el som behövs för att dela vatten till väte och syre. För närvarande, de bäst presterande katalysatorerna är beroende av platina, ett högkostnadsmaterial, och fungerar under sura förhållanden.
"Vår nya katalysator är gjord av koppar, nickel och krom, som alla är rikligare och billigare än platina, " säger Cao-Thang Dinh, en co-lead författare på tidningen tillsammans med sina andra postdoktorala forskare Pelayo Garcia De Arquer och Ankit Jain. "Men det som är mest spännande är att det fungerar bra under pH-neutrala förhållanden, vilket öppnar upp ett antal möjligheter."
Havsvatten är den vanligaste vattenkällan på jorden, Dinh påpekar. Men att använda havsvatten med traditionella katalysatorer under sura förhållanden skulle kräva att saltet tas bort först, en energikrävande process. Att arbeta vid neutralt pH undviker de höga kostnaderna för avsaltning.
Pelayo och Dinh använder sin katalysator i en elektrolysator som delar vatten till väte och syre. Kredit:Tyler Irving/U från T Engineering
Det skulle också kunna göra det möjligt att använda mikroorganismer för att tillverka kemikalier som metanol och etanol. "Det finns bakterier som kan kombinera väte och CO2 för att göra kolvätebränslen, " säger Garcia De Arquer. "De skulle kunna växa i samma vatten och ta upp vätet som det tillverkas, men de kan inte överleva under sura förhållanden."
Att använda förnybar energi för att omvandla koldioxidavfall till bränslen eller andra förädlade produkter är målet för NRG COSIA Carbon XPrize. Ett team från Sargents labb är bland de fem finalisterna i den internationella tävlingen, tävlar om det stora priset på 7,5 miljoner USD.