變廢為寶 廢棄金屬成製氫催化劑增強物

【2024年05月02日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)隨著人們對AI、電動汽車和芯片等需求量增大,能源的消耗也在加劇,因此增加能源和減少污染成為當前主要課題之一。英國一所大學搞了一項研究,將工業金屬廢料轉變成催化劑增強物,以達到製氫成本降低和廢物再利用的目的。

氫氣是一種石油化工廠常用的原料,也可以製成農業用的尿素、氨氣等化學工業用品。同時氫氣也是常見的燃料,有潛力成為一種常用的能源載體,能夠為車輛提供動力,因為氫氣燃燒時會與空氣中的氧氣形成無毒、無害的水蒸氣。

然而,氫氣的製造卻十分依賴電、水和催化劑。生產氫氣使用的催化劑大多是貴金屬白金(Pt)和鈷(Co),但隨著地緣政治的衝突、美中之間關係逐漸走向冰點和通膨等問題出現,使得黃金、銀和白金等貴金屬價格有上升的趨勢,這使製氫行業正面臨新挑戰,必須找到減少貴金屬使用,或增加氫氣產量的方法。

這次,英國諾丁漢大學(University of Nottingham)化學學院和工程學院的研究人員在尋找良好製氫的催化劑時,意外發現加工業切削出來的金屬屑,不僅能作為催化劑的良好附著體,還能有效減少貴金屬的使用,有利於降低製氫成本。這項研究4月16日發表在英國王家化學學會的《材料化學雜誌》上。

由於全球螺旋車削、銑削和鑽孔等機械加工在切削鋁鎂合金、不鏽鋼、鈦(Ti)、鎳(Ni)及其它合金時,會產生大量低價值金屬屑廢料,但這些廢料大多沒有被有效回收再利用,而是被大量堆放或廢棄,其主要原因是回收的經濟效益低下。

儘管一些金屬屑廢料現在被作為雷射增材製造中粉末的替代品,或作為金屬粉末(固態燒結)的材料,但仍有龐大的廢棄金屬屑被堆放。另外,過去沒有人想到將這些東西用於催化領域。

諾丁漢大學主要使用由螺旋車削的金屬屑進行實驗。因為金屬經由車削後,其表面會形成許多10-50納米(nm)大小的凹槽和突起,這讓金屬形成卓越的表面積,有利於吸附和穩定催化溶液。

研究人員將這種鈦金屬和鎳金屬屑浸泡在含有白金(Pt)和鈷(Co)的溶液裡,使其納米突起和凹槽上生成Pt-Ti和Co-Ni的型態,整個吸附過程不需要額外的溶劑或試劑,就可以讓白金或鈷吸附到鈦和鎳金屬上。

實驗顯示,每平方公分的鈦金屬屑,只需28微克的白金即可以正常生產出可燃燒的氫氣,這是商業催化劑用量的十分之一。每平方公分的鎳金屬屑只要30微克的鈷就可以正常產生助燃的氧氣(O2)。它們兩者的法拉第效率(能量轉化效率)都達到驚人的100%,極具商業價值。

除此之外,研究人員還評估了切削裸鈦(Ti)、不鏽鋼(SST)和鎳(Ni)的金屬屑,在「添加」與「不添加」白金和鈷材料的情況下,它們對於析氫反應(HER)和析氧反應(OER)的結果。

結果顯示,「添加」白金和鈷後的金屬,對於析氧反應(OER)和析氫反應(HER)都比「不添加」的反應要來的高,產量也比原本高出許多。他們還發現,原本「不添加」白金的切削鈦、鎳金屬,在添加白金後它們的活性增加了60倍,而不鏽鋼在添加後活性增加了4倍。

另外,研究人員還對於這些添加過白金的金屬進行長期耐久性測試。結果是鈦、鎳屑的電極都表現出顯著的穩定性,且兩者的電流幾乎沒有下降,不鏽鋼屑則下降15%的電流。

這些實驗證明該裝置只要正確添加適量的白金或鈷,就能增加製造氧氣和氫氣的產能和效率。如果將這項工藝用於實際,將有助於解決現代工業產生的廢棄金屬,和氫氣生產價格昂貴的問題。

該研究小組的領導者、諾丁漢大學化學學院的赫蘇姆·費爾南德斯(Jesum Alves Fernandes)博士對該校的新聞室表示:「英國的工業每年會產生數百萬噸金屬廢棄物,當時我們透過掃描電子顯微鏡對它們進行檢查時,驚訝的發現外表看似光滑的不鏽鋼、鈦或鎳合金切屑,存在許多數十納米寬的凹槽和突起。」

負責分析新材料的結構和電催化活性研究員馬達薩米·坦加穆圖(Madasamy Thangamuthu)表示,「與最先進的商業催化劑相比,我們僅花費十分之一的水和用極少的貴金屬和廢棄金屬,就能夠創造出一種實驗室規模的電解槽生產氫氣,且整體運作效率為100%。」

目前該團隊正在與水吸附有限公司(AqSorption Ltd)合作,以擴大其技術規模。該學院的教授安德烈·赫洛比斯托夫(Andrei Khlobystov)則表示:「我們使用航空航天工業中的金屬廢料,和少量貴金屬的情況下生產出氫氣,整個過程是對於航空航天工業中的金屬廢料的升級改造和再利用。」

「三藩有話説」立足華人社區,服務華人朋友,堅守傳統媒體的良知與價值觀,向民眾傳遞真實的資訊。請關注我們的社媒主頁,及時獲取最新咨詢!

看完這篇文章您覺得:

已經有 0 次投票 抢沙发
推薦文章
文章評論區

发表评论