Alternatyvių katalizatorių kūrimas atsinaujinantiems energijos šaltiniams  (0)

Vandenilio energetika jau nėra naujiena mūsų dienų istorijoje. Kuro elementai, kuriuose kuru naudojamas vandenilis, tiriami jau pakankamai seniai.


Prisijunk prie technologijos.lt komandos!

Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.

Sudomino? Užpildyk šią anketą!

Dar 1838 m. vandenilio sudegimą deguonyje be liepsnos atrado vokiečių chemikas Christianas Friedrichas Schonbeinas (1799–1868). Po metų Velso fizikas ir teisininkas seras Williamas Robertas Grove`as (1811–1896), remdamasis jo idėja, sukūrė pirmąjį kuro elementą. Kuro elementai – tai alternatyvūs energijos šaltiniai, kuriuose cheminė energija tiesiogiai paverčiama elektros energija, t.y., jie leidžia tiesiogiai generuoti elektros energiją, vykstant katalizinėms elektrocheminėms reakcijoms. Kuro elementų veikimo principas yra panašus į įprastinių baterijų, tačiau jų pagrindinis skirtumas yra tame, kad jie neišsieikvoja ir jų nereikia įkrauti. Jie gamina elektrą arba šilumą tik tada, kai jiems tiekiamas kuras. Vystantis pramonei ir technologijoms kuro elementų tyrimai įgavo pagreitį. Pastaraisiais dešimtmečiais kuro elementai yra viena iš veržliausiai besivystančių mokslinių tyrimų krypčių. Pasiekti moksliniai bei technologiniai sprendimai jau leidžia naudoti jų prototipus įvairioms reikmėms. Šiuo metu yra sukurta nemažai bandomųjų automobilių, varomų kuro elementų generuojama elektra (pvz., Opel, Toyota, Honda ir t.t) bei sukurtos autonominės elektros pastotės gyvenamiesiems namams (Ballard, Siemens). Kuro elementai taikomi ir nešiojamų elektroninių prietaisų (mobiliųjų telefonų, kompiuterių, audio-video aparatūros) energijos šaltiniais. Kuro elementų tyrimai taip pat intensyviai vykdomi ir Lietuvoje. Fizinių ir technologijos mokslų centro mokslininkė-stažuotoja dr. Virginija Kepenienė podoktorantūros stažuočių projekto metu vykdo katalizatorių kūrimo ir pritaikymo šarminiuose kuro elementuose tyrimus. Šių kuro elementų veikimo principas pagrįstas naudojamo kuro oksidacija ant anodo ir deguonies redukcija ant katodo. Kadangi šiuose kuro elementuose kuru dažniausiai naudojami įvairūs alkoholiai (metanolio, etanolio, etilenglikolio), todėl svarbu sukurti efektyvias anodo medžiagas, pasižyminčias aktyvumu šių alkoholių oksidacijos reakcijoms.

Nors platina yra gerai žinomas ir efektyvus elektrokatalizatorius, naudojamas šiuose kuro elementuose, tačiau šio tauraus metalo naudojimas kaip anodo medžiagos yra ribojamas dėl aukštos pastarojo kainos. Pastaruoju metu siekiama sukurti alternatyvius platinai mažiau taurių metalų nanokompozitus, galinčius bent dalinai pakeisti Pt, tuo pačiu sumažinant katalizatoriaus savikainą, tačiau neprarandant jo aktyvumo. Todėl pagrindinis projekto tikslas yra sukurti nesudėtingas bei santykinai nebrangias katalizatorių formavimo technologijas bei suformuoti efektyvius katalizatorius tiriamiems kuro elementams.

Šiam tikslui pasiekti buvo pasirinktas mikrobangų sintezės metodas. Tai perspektyvus “vieno-žingsnio” (angl. “one-pot”) metalo nanostruktūrų tirpaluose sintezės metodas. Šio metodo privalumas yra tas, kad keičiant įvairius eksperimentinius parametrus, tokius kaip metalo druskų ar tirpiklio koncentracijas, reakcijos temperatūrą ir kt., galima nusodinti tolygiai pasiskirsčiusias norimos formos metalų nanodaleles. Sėkmingą nanokompozitų sintezę lemia ir teisingai parinktas metalo dalelių nešėjas (pagrindas). Katatizatorių sintezei naudojama medžiaga – grafenas, pasižymintis unikaliomis fizikinėmis bei cheminėmis savybės.

Projekto metu sukurti katalizatorių gamybos būdai, leidžiantys ypač efektyviai sumažinti brangiųjų metalų kiekį katalizatoriuose. Suformuoti nauji, įvairios sudėties Au- ar Pt-Co, Nb2O5, CeO2 ir kt. katalizatoriai, nusodinti ant grafeno pagrindo, bei pasižymintys ženkliai didesniu efektyvumu įvairių alkoholių (metanolio, etanolio, etilenglikolio) oksidacijos reakcijoms.

Labai džiugu, kad Fizinių ir technologijos mokslų centras disponuoja visa reikalinga įranga sėkmingiems moksliniams tyrimams atlikti. Antras svarbus dalykas yra tas, kad podoktorantūros stažuotė suteikia galimybę jauniems mokslininkas pristatyti savo gautų tyrimų rezultatus pasaulinei mokslinei visuomenei tarptautinėse konferencijose bei išvykti į užsienio mokslo institucijas stažuotis ir susipažinti su kitų mokslininkų atliekamais tyrimais bei įgyti naujos patirties ir tobulinti turimus įgūdžius. Stažuotė Vokietijoje Saulės ir vandenilio energijos centre leido iš arčiau pažvelgti į suformuotų katalizatorių testavimo procesą darbinėmis kuro elemento sąlygomis bei išmokti technikos, reikalingos katalizatorių membranos ansamblio paruošimui. Bendradarbiaujant su Prancūzijos mokslininkais pasitelkti kai kurie organinės sintezės pranašumai, siekiant sukurti dar efektyvesnius katalizatorius tiriamiems kuro elementams.

Podoktorantūros stažuotė finansuojama pagal Europos Sąjungos struktūrinių fondų Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos, Mokslininkų ir kitų tyrėjų mobilumo ir studentų mokslinių darbų skatinimo priemonės (VP1-3.1-ŠMM-01) įgyvendinamą projektą "Podoktorantūros (post doc) stažuočių įgyvendinimas Lietuvoje“.

Pasidalinkite su draugais
Aut. teisės: www.technologijos.lt
Autoriai: Virginija Kepenienė
(9)
(0)
(9)

Komentarai (0)