Pre više od 100 godina, naučnici su otkrili kako da pretvore vodu u gas vodonik — veoma poželjnu zelenu energiju koja je dobila nadimak „gorivo budućnosti“.
Uprkos ovom prodoru, vodonik se nije uhvatio kao dominantan izvor goriva. Razlaganje vode u vodonik može biti neefikasno i skupo, a proces transformacije, nazvan elektroliza, ostaje nesavršen.
Sada su inženjeri sa Univerziteta Teksas u El Pasu predložili jeftin materijal na bazi nikla koji bi pomogao da se voda deli jeftinije i efikasnije. Njihova inspiracija? Pustinjski sukulent poznat kao kaktus bodljikave kruške. Materijal je opisan u novom radu u časopisu ACS Applied Materials & Interfaces.
„Ovo je dizajn inspirisan prirodom u laboratoriji“, rekao je profesor mašinstva UTEP dr Ramana Chintalapalle, koji je vodio studiju. „Imate ovu biljku sa velikom površinom koja može da apsorbuje vlagu i preživi u ekstremnim okruženjima. Pomislili smo: ‘Kako to možemo da ugradimo u naše istraživanje?'“
Elektroliza je proces razdvajanja vode strujom i elektrokatalizatorom — materijalom koji ubrzava bilo koju hemijsku reakciju. Trenutne tehnike razdvajanja vode u velikoj meri se oslanjaju na platinu kao katalizator, što ima svoje nedostatke.
„Platina je dominantan materijal koji se koristi za cepanje vode, ali je veoma skupa — skuplja od zlata — i jednostavno je nije izvodljivo koristiti je u velikim razmerama zbog njene cene“, objasnio je Čintalapal. „Potreban nam je katalizator koji je ekonomski isplativiji tako da svaka zemlja može razumno da usvoji vodonik.
Navid Attarzadeh je prvi put primetio kaktus bodljikave kruške dok je hodao do laboratorije UTEP-ovog Centra za napredna istraživanja materijala. Tim je istraživao nikl kao katalitičku zamenu za platinu, metal kojeg ima u izobilju na Zemlji i 1.000 puta jeftiniji od platine.
Nikl, međutim, nije tako brz i efikasan u razlaganju vode u vodonik.
„Svakog dana sam prolazio pored ove iste tvornice“, rekao je Attarzadeh, student doktorskih studija ekoloških nauka i inženjerstva. „I počeo sam da ga povezujem sa našim problemom katalizatora. Ono što mi je privuklo pažnju je koliko su listovi i plodovi veliki u poređenju sa drugim pustinjskim biljkama; bodljikava kruška ima izuzetnu površinu.“
Tada je Attarzadeh imao ideju. Šta ako su dizajnirali 3D katalizator na bazi nikla u obliku kaktusa bodljikave kruške? Veća površina bi mogla da primi više elektrohemijskih reakcija – stvarajući više vodonika nego što nikl obično može.
Tim je brzo dizajnirao strukturu nano-razmera — nevidljivu ljudskom oku — i stavio je na test.
„Testirali smo sposobnost katalizatora da cepa vodu više puta i imali smo dobre rezultate“, rekao je Chintalapalle.
On je dodao da je ovo fundamentalno otkriće i da je proces potrebno dalje usavršavanje, ali da je to korak u pravom smeru.
„Gas vodonik može da transformiše energetsku tehnologiju za našu zemlju — bez stvaranja emisije gasova staklene bašte“, rekao je Čintalapal. „Naš ugljenični otisak bi mogao da bude eliminisan; moramo da nastavimo sa tim.“
