Ein Team von Ingenieuren der University of Illinois in Chicago (UIC) hat eine revolutionäre Methode zur Herstellung von Wasserstoffgas aus Wasser entwickelt, bei der ausschließlich Solarenergie und landwirtschaftliche Abfälle wie Mist und Spelzen zum Einsatz kommen. Diese innovative Technik reduziert den Energiebedarf zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser um 600 %was neue Möglichkeiten für eine nachhaltige und umweltfreundliche chemische Produktion eröffnet.
Wasserstoffbasierte Kraftstoffe gelten als eine der vielversprechendsten Quellen sauberer Energie. Allerdings ist die Herstellung von reinem Wasserstoff ein energieintensiver Prozess, der typischerweise Kohle oder Erdgas und große Mengen Strom erfordert. Die von UIC-Ingenieuren entwickelte neue Methode verwendet eine kohlenstoffreiche Substanz namens Biokohlewas den Strombedarf für die Umwandlung von Wasser in Wasserstoff deutlich verringert.
„Wir sind die erste Gruppe, die das beweist Wasserstoff kann aus Biomasse mit einem Bruchteil eines Volts hergestellt werden„sagte Singh, außerordentlicher Professor in der UIC-Abteilung für Chemieingenieurwesen. „Dies ist eine transformative Technologie“, fügte er hinzu.
Verfahren
Für den Elektrolyseprozess, bei dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, ist elektrischer Strom erforderlich. Im industriellen Maßstab ist dieser Prozess in der Regel auf fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung angewiesen. Jüngste wissenschaftliche Fortschritte haben es jedoch ermöglicht, die für die Wasserspaltung erforderliche Spannung durch die Einführung einer Kohlenstoffquelle in die Reaktion zu senken, obwohl diese traditionellen Methoden häufig Kohlenstoff oder teure Chemikalien verwenden und Kohlendioxid als Nebenprodukt freisetzen.
Singhs Team hat dieses Verfahren für die Nutzung von Biomasse modifiziert aus gewöhnlichen Abfallprodukten. Durch das Mischen von Schwefelsäure mit landwirtschaftlichen Abfällen, tierischen Abfällen oder Abwasser entsteht eine breiartige Substanz namens Biokohle, die reich an Kohlenstoff ist. Sie experimentierten mit verschiedenen Arten von Pflanzenkohle aus Zuckerrohrschalen, Hanfabfällen, Papierabfällen und Kuhmist. Alle Arten von Pflanzenkohle reduzierten den Energieaufwand für die Umwandlung von Wasser in Wasserstoff. Kuhmist ist am wirksamstenwodurch sich der Strombedarf um das Sechsfache auf etwa ein Fünftel Volt verringert.
Der Energiebedarf war so gering, dass die Forscher Sie konnten die Reaktion mit einer Standard-Siliziumsolarzelle betreiben die etwa 15 Milliampere Strom bei 0,5 Volt erzeugte, weniger als die Strommenge, die eine AA-Batterie erzeugt.
„Es ist sehr effizient, mit fast 35 % Umwandlung von Biokohle und Solarenergie bis hin zu Wasserstoff“, erklärte Rohit Chauhan, Co-Autor und Postdoktorand in Singhs Labor. „Das sind Weltrekordzahlen; Es ist das Höchste, was jemals jemand gezeigt hat.“
Kohlendioxid
Um den Prozess auf Netto-Null zu bringen, ist es notwendig, das bei der Reaktion erzeugte Kohlendioxid aufzufangen. Singh bemerkte, dass dies auch der Fall sei könnte ökologische und wirtschaftliche Vorteile habenbeispielsweise die Herstellung von reinem Kohlendioxid zur Karbonisierung von Getränken oder seine Umwandlung in Ethylen und andere Chemikalien, die bei der Herstellung von Kunststoffen verwendet werden.
„Es diversifiziert nicht nur die Nutzung von Bioabfällen, sondern ermöglicht auch die saubere Produktion verschiedener Chemikalien über Wasserstoff hinaus“, sagte Nishithan Kani, UIC-Absolvent und Co-Hauptautor des Papiers. „Diese kostengünstige Möglichkeit, Wasserstoff zu produzieren könnte es den Landwirten ermöglichen, ihren Energiebedarf selbst zu decken oder neue Einnahmequellen schaffen“, erklärte er.
Orochem Technologies Inc., ein Sponsor der Forschung, hat Patente für seine Biokohle- und Wasserstoffproduktionsprozesse angemeldet, und das UIC-Team plant, die Methoden im großen Maßstab zu testen.
