به گرارش تابناک؛ موتور‌های هیدروژنی یکی از مناسب‌ترین دستاورد‌های بشر برای تولید انرژی است، اما ساخت چنین دستگاه‌هایی به علت استفاده از فلز کمیاب و گرانقیمت پلاتین در پیل‌های سوختی، هنوز هزینه ساز است، اما در یک اختراع جالب توجه دانشمندان توانستند از آن برای ساخت چنین پیل‌هایی استفاده کنند که هم هزینه‌ها را بشدت کاهش می‌دهد و هم امکان استفاده بیشتر از این فناوری را فراهم می‌کند.
سلول‌های سوختی هیدروژنی، هیدروژن را تنها با دفع بخار آب به عنوان پسماند سوخت به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. همین امر آن‌ها را به یک جایگزین سبز جذاب برای انرژی قابل حمل، به ویژه برای وسایل نقلیه تبدیل می‌کند. با این حال، هزینه بالای یکی از اجزای اصلی سلول ها، مانع از پذیرش گسترده آن شده است. پیل‌های سوختی به کاتالیزوری ساخته شده از پلاتین متکی هستند که گران و کمیاب است.
اکنون، یک تیم اروپایی به رهبری محققان کالج امپریال لندن، کاتالیزوری را با استفاده از آهن، کربن و نیتروژن - موادی که ارزان و به راحتی در دسترس هستند - ایجاد کرده‌اند و نشان داده‌اند که می‌توان از آن‌ها برای کارکرد پیل سوختی با قدرت بالا استفاده کرد. نتایج دستاورد آن‌ها روز گذشته (۲۵ آوریل ۲۰۲۲) در نشریه معتبر Nature Catalysis منتشر شده است.
پروفسور آنتونی کوسرناک، محقق ارشد دپارتمان شیمی کالج امپریال لندن، گفت: «در حال حاضر، حدود ۶۰ درصد از هزینه یک پیل سوختی، مربوط به کاتالیزور پلاتینی آن است. بنابراین، برای اینکه پیل‌های سوختی را به یک جایگزین واقعی مناسب برای وسایل نقلیه با سوخت فسیلی تبدیل کنیم، باید این هزینه را کاهش دهیم. طراحی کاتالیزور ارزان‌تر ما باید این امر را به واقعیت تبدیل کند و امکان استقرار سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر بسیار بیشتری را فراهم کند که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می‌کنند و در نهایت انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را کاهش می‌دهند و جهان را در مسیری به سمت انتشار صفر کربن قرار دهند.»
اختراع موتور هیدروژنی ارزان قیمت!
نوآوری این تیم تولید کاتالیزوری بود که در آن تمام آهن به صورت اتم‌های منفرد در یک ماتریس کربن رسانای الکتریکی پراکنده می‌شود. آهن تک اتمی دارای خواص شیمیایی متفاوتی نسبت به آهن عادی است که در آن همه اتم‌ها در کنار هم قرار گرفته اند و باعث واکنش پذیری آن می‌شود. این خواص به این معنی است که آهن واکنش‌های مورد نیاز در پیل سوختی را افزایش می‌دهد و به عنوان یک جایگزین خوب برای پلاتین عمل می‌کند. در بررسی‌های آزمایشگاهی، این تیم نشان داد که یک کاتالیزور آهن تک اتمی، عملکردی نزدیک به کاتالیزور‌های مبتنی بر پلاتین در یک سیستم پیل سوختی واقعی دارد.
علاوه بر تولید یک کاتالیزور ارزان‌تر برای پیل‌های سوختی، روشی که این تیم برای ایجاد آن ابداع کرد، می‌تواند برای سایر کاتالیزور‌ها برای فرآیند‌های دیگر، مانند واکنش‌های شیمیایی با استفاده از اکسیژن اتمسفر به‌عنوان واکنش دهنده به‌جای اکسیدان‌های شیمیایی گرانقیمت، و استفاده از هوا برای حذف آلاینده‌های مضر در تصفیه فاضلاب سازگار شود.
دکتر اسد محمود، نویسنده اول این مطالعه و محقق دپارتمان شیمی کالج امپریال لندن، نیز گفت: «ما رویکرد جدیدی را برای ساخت طیفی از کاتالیزور‌های «تک اتمی» ایجاد کرده‌ایم که فرصتی برای اجازه دادن به طیف وسیعی از فرآیند‌های شیمیایی و الکتروشیمیایی جدید ارائه می‌دهد. به طور خاص، ما از یک روش مصنوعی منحصربه‌فرد به نام transmetallation استفاده کردیم تا از تشکیل خوشه‌های آهن در طول سنتز جلوگیری کنیم. این فرآیند باید برای دانشمندان دیگری که به دنبال تهیه نوع مشابهی از کاتالیزور هستند مفید باشد.»
این تیم با جانسون متی سازنده کاتالیزور پیل سوختی بریتانیا همکاری کردند تا کاتالیزور را در سیستم‌های مناسب آزمایش کنند و امیدوارند کاتالیزور جدید خود را ارتقا دهند تا بتوان از آن در پیل‌های سوختی تجاری استفاده کرد. در عین حال، آن‌ها در تلاش هستند تا پایداری کاتالیزور را بهبود بخشند، تا از نظر دوام و عملکرد بتواند با پلاتین مطابقت کند. این دستاورد مهم در صورت تجاری شدن می‌تواند انقلابی بزرگ در عرصه تولید انرژی مبتی بر سوخت هیدروژن ایجاد کند. این موضوع به ویژه در صنعت خودروسازی اهمیتی بالا خواهد داشت، زیرا تولید خودرو‌های هیدروژنی ارزان قیمت را عملی می‌کند. در واقع چناچه بتوان هزینه تولید و نگهداری خودرو‌های هیدروژنی را با خودرو‌های سوخت فسیلی برابر کرد، عملاً استفاده از خودرو‌های سوخت فسیلی را توجیه ناپذیر خواهد کرد و این به نوبه خود تأثیری قابل توجه بر کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای و همچنین آلودگی هوا خواهد داشت.
منبع:فرارو/ scitechdaily
ترجمه: مصطفی جرفی-فرارو
