研究者らが水素の生成と水を同時に浄化する方法を発見

手頃な価格で簡単に製造できる触媒は、オフグリッド エネルギー ソリューションに革命をもたらす可能性のある新しいプロセスを促進します。

2023 年 4 月 24 日 Adrianna MacPherson 著

U of A の研究者が発見した新しい触媒を使用した燃料電池では、供給された水が触媒と反応して水素と飲料水を生成します。 （写真：ダークマター物質）

アルバータ大学の研究者は、発電と水を浄化する方法に革命をもたらす可能性のある新しい触媒を開発しました。 あらゆる種類の水に入れて少量の電力を供給すると、触媒は水素を生成します。この水素を燃料電池に供給して、安全に飲める蒸留水とともに発電することができます。

この触媒は、ロビン・ハミルトンが廃棄物バイオマスのアップサイクルプロジェクトに取り組んでいる学部生のために電極を作成していたときに、ほぼ完全に偶然に発見されました。 彼は粉末を組み合わせて混合し、それらを水の中に一晩放置し、翌日にセルを完成させるつもりでした。 彼が朝戻ると、混合物は泡立っており、これは非常に普通ではない反応でした。

「最終的に、これら 2 つを混ぜ合わせると、それらは相互作用し、一緒に働き、水素が放出されます。 それは私たちを驚かせました」と化学科の上級研究員であるハミルトンは言います。

ハミルトンは化学教授のジェフ・ストライカー氏とジョナサン・ヴェイノット氏に相談し、予期せぬ発見を共有し、それぞれの専門知識を活用しました。 研究チームは、粉末の特定の組み合わせが新しいタイプの触媒として機能する可能性があるという、驚くべきものを手に入れたことにすぐに気づきました。

彼らが作成した触媒は、無毒で豊富な材料で作られています。 製造が簡単で安価なため、高価で供給が限られている材料を必要とする現在市販されている触媒に代わる、手頃な価格で入手しやすい代替品となります。

この触媒はあらゆる種類の水にも使用でき、これが水の電気分解などの現在の水素生成方法よりも優れているもう一つの要因です。

「飲料水は不足しており、それが水素を生成するための水の電気分解における最大の問題です。きれいな水を使用する必要があります」とハミルトン氏は言います。 「これでは、そんなことはありません。 汚れていて飲めないものを摂取して、燃料電池で水素と電気を発生させます。 そして飲める水を吐き出します。」

「水を浄化しながら、オイルサンドの尾鉱池を使用可能な燃料に変えることができます。 あまりにも出来すぎているように思えますが、そうではありません」とヴェイノット氏は付け加えた。

この触媒は、現在入手可能な触媒を著しく改良したものであることに加えて、通常はエネルギーを大量に消費するプロセスを、はるかに低い温度とより少ないエネルギー入力で達成できるプロセスに変換します。

新しい触媒駆動プロセスでは、酸素がほとんど含まれないため、現在の方法よりも揮発性が低くなります。 ハミルトン氏が説明するように、水素燃料電池を使用する場合、水素を生成する最も一般的な方法は水の電気分解です。 このプロセスでは、水を水素と酸素に分解して分離し、燃料電池内で再結合して電気を生成します。

「水素と酸素を混合すると、特定の濃度に達します。これは爆発性混合物です。 したがって、安全に使用するにはそれらを分離する必要があります。 私たちの方法では、通常使用されている高価な膜セパレーターを使用せずに酸素を隔離し、水素を生成して燃料電池に直接入れることができます。 分ける必要はありません」とハミルトンは言います。

「基本的にオンデマンドで必要な燃料に変換できる水を庭のホースから供給することを考えてください。 それは輸送手段を奪い、保管場所を奪い、爆発のマイナスの可能性を奪います」とヴェイノット氏は付け加えた。

研究者らは当初、天然ガスや飲料水へのアクセスが問題となる場合に、遠隔地コミュニティを支援したり、災害救援を支援したりできるオフグリッドデバイスの開発を検討している。 彼らは、比較的コンパクトで使いやすいオールインワン システムを構想しています。「ソーダストリームのようなものですが、炭酸飲料を作るために CO2 を噴出する代わりに、ガスを排出した水素が燃料電池に送られます。」パワーを生み出すためです」とハミルトンは言います。