Odpady z przemysłu papierniczego mogą przyczynić się do tańszej produkcji czystej energii

Nowy katalizator z ligniny – przełom w produkcji wodoru

Zespół naukowców z Shenyang Agricultural University oraz Guangdong University of Technology w Chinach opracował innowacyjny katalizator do produkcji wodoru, wykorzystując ligninę – powszechny produkt uboczny procesów papierniczych i biorafineryjnych. Odkrycie to może przyczynić się do rozwoju tańszych i bardziej zrównoważonych technologii wodorowych.

Jak działa katalizator oparty na odpadach roślinnych?

Nowy materiał powstaje poprzez osadzenie nanocząstek tlenku niklu i tlenku żelaza w włóknach węglowych uzyskanych z ligniny. Takie połączenie zapewnia wysoką wydajność i trwałość podczas reakcji ewolucji tlenu – kluczowego etapu elektrolizy wody. Badania wykazały, iż katalizator osiąga niską nadpotencjał rzędu 250 mV przy gęstości prądu 10 mA/cm² i zachowuje stabilność przez ponad 50 godzin w warunkach wysokiego obciążenia.

Przewaga nad tradycyjnymi katalizatorami

Dotychczas w dużej skali stosowano katalizatory oparte na metalach szlachetnych, które są kosztowne i mniej dostępne. Nowe rozwiązanie z ligniny stanowi tańszą alternatywę, oferując szybkie kinetyki reakcji oraz długoterminową trwałość. Mikroskopia i modelowanie wykazały, iż kluczową rolę odgrywa tu specjalnie zaprojektowany interfejs nanoskali, umożliwiający efektywne wiązanie i odłączanie cząsteczek pośrednich.

Potencjał skalowania i zrównoważony rozwój

Lignina jest jednym z najpowszechniejszych naturalnych polimerów, jednak zwykle jest spalana w celu uzyskania niewielkiej ilości energii. W tym projekcie przekształcono ją w przewodzące włókna węglowe przy użyciu elektroprzędzenia i obróbki termicznej. Powstały katalizator, oznaczony jako NiO/Fe3O4@LCFs, zawiera azotowane włókna węglowe, które poprawiają przewodnictwo i stabilność strukturalną.

„Ewolucja tlenu to jedna z największych barier dla efektywnej produkcji wodoru. Nasza praca pokazuje, iż katalizator z ligniny, nisko wartościowego produktu ubocznego przemysłu papierniczego i biorafineryjnego, może zapewnić wysoką aktywność i wyjątkową trwałość. To bardziej ekologiczna i ekonomiczna droga do produkcji wodoru na dużą skalę.” – Yanlin Qin, Guangdong University of Technology

Testy i dalsze możliwości rozwoju

Zaawansowane pomiary elektrochemiczne potwierdziły przewagę tego materiału nad katalizatorami opartymi na jednym metalu, zwłaszcza w warunkach wysokich prądów wymaganych w zastosowaniach przemysłowych. W badaniach wykorzystano także spektroskopię Ramana oraz obliczenia funkcjonału gęstości, które potwierdziły skuteczność zaprojektowanego interfejsu katalitycznego.

„Naszym celem było opracowanie katalizatora, który nie tylko działa efektywnie, ale także może być skalowany i oparty na zrównoważonych materiałach. Ponieważ lignina jest produkowana na całym świecie w ogromnych ilościach, to podejście oferuje realną ścieżkę do ekologicznej produkcji wodoru w przemyśle.” – Xueqing Qiu

Znaczenie odkrycia dla sektora energii

Opracowanie taniego i wydajnego katalizatora z biomasy wpisuje się w światowe trendy rozwoju technologii niskoemisyjnych. Możliwość adaptacji tej metody do innych metali i reakcji katalitycznych otwiera nowe kierunki dla projektowania kolejnych generacji elektrokatalizatorów opartych na zasobach naturalnych.

Źródło: ScienceDaily