Hidrogenul verde, produs din surse de energie regenerabilă prin electroliza apei, este considerat marea promisiune a sectorului energetic. Țări precum Spania mizează pe acest vector energetic pentru viitorul lor, însă, este nevoie de cercetări suplimentare ca să se asigure producția la o scară sustenabilă. Iar la acest capitol, Japonia are un avans. Şi asta pentru că Ţara Soarelui Răsare a descoperit "Sfântul Graal" al electrolizei: un metal ieftin care poate produce cu 1.000% mai mult hidrogen, au scris jurnaliştii publicaţiei Farmingdale Observer.
Manganul, folosit în electrolizoare pentru hidrogen verde de cercetătorii japonezi
În ultimii ani, electrolizoarele de tip PEM (n.r.: este vorba despre electrolizoarele cu membrană schimbătoare de protoni) au devenit tot mai populare pentru producerea hidrogenului datorită eficienței ridicate și capacității lor de a răspunde rapid la sursele de energie intermitente.
Problema cu electrolizoarele PEM este reprezentantă de costul ridicat. Acestea necesită catalizatori eficienți, rezistenți la coroziune în medii acide, ceea ce implică utilizarea platinei sau a iridiului – metale rare și scumpe. Catalizatorii pe bază de iridiu pot susține reacția de conversie a oxigenului și pot produce cantități mari de hidrogen, potrivit Farmingdale Observer.Întrebarea era: "Există un material ieftin care să poată face același lucru?". Cercetătorii de la Institutul RIKEN din Japonia au luat un metal comun – manganul – și i-au modificat structura tridimensională pentru a crea primul electrolizor PEM eficient și sustenabil, fără metale rare.
Manganul este un metal esențial pentru viață, dar și pentru tehnologie. El are un rol-cheie în fotosinteză. Sursa foto: Getty Images
În plus, manganul este folosit în fabricarea oțelului pentru a-l face mai durabil şi baterii moderne, inclusiv unele tipuri de baterii litiu-ion.
Totul stă ascuns în structura manganului 3D
Cercetătorii au dezvoltat un catalizator pe bază de oxid de mangan (MnO₂), manipulând structura rețelei cristaline a materialului, astfel încât să formeze legături mai puternice cu atomii de oxigen. MnO₂-ul astfel îmbunătățit este mult mai stabil decât alți catalizatori pe bază de metale comune și menține reacția cu apa pentru o perioadă mult mai lungă. Rezultatul? Cu 1.000% mai mult hidrogen.
Potrivit unui studiu publicat în Nature Catalysis, MnO₂ crește durata de viață a altor catalizatori ieftini de până la 40 de ori. Materialul este mai rezistent la dizolvare în acid și mai stabil în timpul reacției. În teste de laborator, catalizatorul a funcționat mai mult de 1.000 de ore la o densitate de curent de 200 mA/cm², producând de 10 ori mai mult hidrogen decât alte materiale.
Desigur, acesta este doar începutul. Mai este de lucru până când noul material va putea fi implementat în electrolizoare industriale, însă, cercetătorii din Japonia cred că descoperirea lor va juca un rol crucial în producția sustenabilă de hidrogen. Viitoare modificări ale structurii manganului ar putea crește și mai mult densitatea de curent suportată și durata de viață a catalizatorului, cu obiectivul pe termen lung de a realiza electroliza apei fără iridiu.
