Durch die Reaktion von Wasser mit einem Aluminium-Gallium-Verbundstoff entstehen Wasserstoffgasblasen. (Amberchan et al., Applied Nano Materials, 2022) Wasserstoff als Treibstoff verspricht, in Zukunft eine saubere und reichlich vorhandene Energiequelle zu sein – solange Wissenschaftler wissen kann Wege finden es praktisch und kostengünstig und ohne fossile Brennstoffe herzustellen.
Eine neue Studie liefert uns einen weiteren vielversprechenden Schritt in diese Richtung, vorausgesetzt, man kann auf bestehende Vorräte an Post-Consumer-Aluminium und Gallium zurückgreifen.
In der neuen Forschung beschreiben Wissenschaftler eine relativ einfache Methode mit Aluminium-Nanopartikeln, die in der Lage sind, den Sauerstoff aus Wassermolekülen zu entfernen und Wasserstoffgas zurückzulassen.
Der Prozess liefert große Mengen Wasserstoff und funktioniert bei Raumtemperatur.
Dadurch wird eines der großen Hindernisse für die Herstellung von Wasserstoffkraftstoff beseitigt: die großen Energiemengen, die für die Herstellung mit bestehenden Methoden erforderlich sind.
Diese Technik funktioniert auch mit jeder Art von Wasser, einschließlich Abwasser und Meerwasser.
„Wir brauchen keinen Energieaufwand und der Wasserstoff blubbert wie verrückt“, sagt der Materialwissenschaftler Scott Oliver von der University of California, Santa Cruz (UCSC).
„So etwas habe ich noch nie gesehen.“
Der Schlüssel zum Prozess ist die Verwendung von Gallium Metall, um eine fortlaufende Reaktion mit dem Wasser zu ermöglichen. Diese Aluminium-Gallium-Wasser-Reaktion hat stattgefunden seit Jahrzehnten bekannt , aber hier hat das Team es in einigen besonderen Punkten optimiert und verbessert.
Mit der Hilfe von Rasterelektronenmikroskopie Und Röntgenbeugung Mithilfe dieser Techniken konnten die Forscher die beste Mischung aus Aluminium und Gallium für die Herstellung von Wasserstoff mit der größten Effizienz finden: einen 3:1-Gallium-Aluminium-Verbundwerkstoff.
Die galliumreiche Legierung erfüllt eine doppelte Aufgabe: Sie entfernt einerseits die Oxidschicht des Aluminiums (die normalerweise die Reaktion mit Wasser blockieren würde) und erzeugt andererseits Aluminium-Nanopartikel, die schnellere Reaktionen ermöglichen.
„Das Gallium trennt die Nanopartikel und verhindert, dass sie sich zu größeren Partikeln zusammenlagern“, sagt Bakthan Singaram , Professor für organische Chemie an der UCSC.
„Die Herstellung von Aluminium-Nanopartikeln war schwierig, und hier produzieren wir sie unter normalen atmosphärischen Druck- und Raumtemperaturbedingungen.“
Die Mischmethode sei nicht kompliziert, berichten die Forscher, und das Verbundmaterial könne untergetaucht mindestens drei Monate gelagert werden Cyclohexan um es vor Feuchtigkeit zu schützen, die sonst seine Wirksamkeit beeinträchtigen würde.
Aluminium ist leichter zu beschaffen als Gallium, da es aus gebrauchten Materialien wie weggeworfenen Aluminiumdosen und -folien gewonnen werden kann.
Gallium ist teurer und seltener vorhanden, kann aber in diesem Verfahren zumindest mehrfach zurückgewonnen und wiederverwendet werden, ohne seine Wirksamkeit zu verlieren.
Es gibt noch viel zu tun, nicht zuletzt, um sicherzustellen, dass dies von einem Laboraufbau auf etwas ausgeweitet werden kann, das im industriellen Maßstab genutzt werden kann. Es gibt jedoch erste Anzeichen dafür das ist eine andere Methode Das hat großes Potenzial für die Herstellung von Wasserstoffkraftstoff.
„Insgesamt erzeugt die Ga-reiche Ga-Al-Mischung (galliumreiches Gallium-Aluminium) bei Raumtemperatur beträchtliche Mengen Wasserstoff ohne Energiezufuhr, Materialmanipulation oder pH-Änderung“, schließen die Forscher in ihrem Bericht Papier .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Angewandte Nanomaterialien .