Para insinyur telah mengembangkan metode baru untuk menghasilkan hidrogen bersih, yang bisa terbukti penting untuk menyapih masyarakat dari bahan bakar fosil dan implikasinya terhadap lingkungan.
Sementara hidrogen ada di mana-mana di lingkungan, memproduksi dan mengumpulkan hidrogen molekuler untuk transportasi dan keperluan industri adalah mahal dan rumit. Yang sama pentingnya, produk sampingan dari metode terbaru untuk menghasilkan hidrogen adalah karbon monoksida, yang beracun bagi manusia dan hewan.
Insinyur Duke, menggunakan pendekatan katalitik baru, telah menunjukkan di laboratorium bahwa mereka dapat mengurangi kadar karbon monoksida menjadi hampir nol di hadapan hidrogen dan produk sampingan karbon dioksida dan air yang tidak berbahaya. Mereka juga menunjukkan bahwa mereka dapat menghasilkan hidrogen dengan mereformasi bahan bakar pada suhu yang jauh lebih rendah daripada metode konvensional, yang membuatnya menjadi pilihan yang lebih praktis.
Kredit: Shutterstock / mypokcik
Katalis adalah agen yang ditambahkan untuk meningkatkan reaksi kimia. Dalam hal ini, katalis adalah kombinasi partikel nano emas dan besi oksida (karat), tetapi tidak dalam arti tradisional. Metode saat ini tergantung pada emas nanopartikelâ ?? kemampuan untuk mendorong proses sebagai katalis tunggal, sedangkan para peneliti Duke menjadikan oksida besi dan emas sebagai fokus dari proses katalitik.
Studi ini muncul online dalam edisi Mei Journal of Catalysis, dapat dilihat di https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951712004204.
"Tujuan utama kami adalah untuk dapat menghasilkan hidrogen untuk digunakan dalam sel bahan bakar," kata Titilayo "Titi" Shodiya, seorang mahasiswa pascasarjana yang bekerja di laboratorium peneliti senior Nico Hotz, asisten profesor teknik mesin dan ilmu material di Duke's Pratt School Teknik. "Semua orang tertarik pada cara-cara berkelanjutan untuk menghasilkan energi yang bermanfaat dan tanpa polusi," kata Shodiya, penulis pertama makalah tersebut.
Sel bahan bakar menghasilkan listrik melalui reaksi kimia, paling sering melibatkan hidrogen. Juga, banyak proses industri membutuhkan hidrogen sebagai pereaksi kimia dan kendaraan mulai menggunakan hidrogen sebagai sumber bahan bakar utama.
"Kami mampu melalui sistem kami untuk secara konsisten menghasilkan hidrogen dengan kurang dari 0,002 persen (20 bagian per juta) karbon monoksida," kata Shodiya.
Peneliti Duke mencapai tingkat ini dengan mengganti resep untuk partikel nano yang digunakan sebagai katalis untuk reaksi oksidasi karbon monoksida dalam gas yang kaya hidrogen. Metode tradisional pembersihan hidrogen, yang hampir tidak seefisien pendekatan baru ini, juga melibatkan nanopartikel emas-besi oksida sebagai katalis, kata para peneliti.
"Diasumsikan bahwa nanopartikel oksida besi hanya 'perancah' yang menyatukan nanopartikel emas, dan bahwa emas bertanggung jawab atas reaksi kimia," kata Sodiya. "Namun, kami menemukan bahwa meningkatkan luas permukaan oksida besi secara dramatis meningkatkan aktivitas katalitik emas."
Salah satu pendekatan terbaru untuk menghasilkan energi terbarukan adalah penggunaan sumber berbasis alkohol yang diturunkan dari biomassa, seperti metanol. Ketika metanol diperlakukan dengan uap, atau dibentuk ulang, itu menghasilkan campuran kaya hidrogen yang dapat digunakan dalam sel bahan bakar.
"Masalah utama dengan pendekatan ini adalah bahwa ia juga menghasilkan karbon monoksida, yang tidak hanya beracun bagi kehidupan, tetapi juga dengan cepat merusak katalis pada membran sel bahan bakar yang sangat penting untuk berfungsinya sel bahan bakar," kata Hotz. "Tidak perlu banyak karbon monoksida untuk merusak selaput ini."
Para peneliti menjalankan reaksi selama lebih dari 200 jam dan tidak menemukan pengurangan kemampuan katalis untuk mengurangi jumlah karbon monoksida dalam gas hidrogen.
“Mekanisme untuk ini belum sepenuhnya dipahami. Namun, sementara pemikiran saat ini adalah bahwa ukuran partikel emas adalah kunci, kami percaya penekanan penelitian lebih lanjut harus fokus pada peran oksida besi dalam proses tersebut, "kata Shodiya.
Melalui Duke