水素は、燃焼すると水蒸気しか発生しないため、クリーンなエネルギー源です。これは化石燃料の場合とは異なり、燃焼によって部分酸化または完全酸化の際に有害な副産物が生成されます。これらの有害な副産物には、温室効果をもたらすガスや、人間の肺や心臓の健康に影響を与えることが知られているガスが含まれます。したがって、効率的な水素生成は、炭素ベースのエネルギー源の代替品を見つけるために価値があります。
現在、産業用水素製造の主な供給源は、化石燃料の水蒸気改質です。このプロセスには高温が必要なため、CO や CO2 などの汚染物質の排出が伴います。 .水が世界的に豊富にあることを考えると、加水分解剤 (つまり、水を分解する材料) は、ポイントオブユース、制御された、および/またはハイスループットの水素生成を可能にするものであり、現在の経済にとって価値があります。エネルギーおよび電力部門は、効率的でエネルギー消費量の少ない水を分割する価値のあるプロセスの新しい手段を見つけることができます。
アルミニウム金属の反応による水からの水素生成はよく知られています。しかし、Al 金属とその誘導体の使用は、通常、問題があると考えられています。これは、これらの材料が Al2 の形成によって不動態化されるためです。 O3 層は、加水分解の速度に影響を与えます。最近では、研究者は Al 金属の代わりに Al ナノ粒子を使用してこの問題を回避しようと試みました。ただし、このプロセスはかなり化学集約的です。このような Al ナノ粒子の保管は、多くの場合、課題となります。酸化層の形成を防ぐ追加のキャッピング剤を使用して、使用するまで安定性を確保します。
この作品では、マレックら。インド工科大学マドラス校 (IITM) の al は、別のアプローチを示しました。このアプローチはナノ対応であり、パッシベーション関連の問題を回避します。実際、このアプローチは、汚染された水、特に Hg で汚染された水の使用を可能にするため、価値があります。このような水は鉱山の近くに豊富にあり、しばしば処理が必要です。このアプローチは、そのような水からエネルギーを得ながら、それらを治療する方法を開くでしょう.
IITM によって開発された方法を使用した水素生成速度は、ナノ粒子によって提供される表面積と体積の比が高いため、バルク Al の使用と比較した場合に大幅に高くなります。 Al ベースの合金ナノ粒子はその場で生成され、その後すぐに水の分解 (加水分解) によって水素を生成します。
水分解に関する報告のほとんどが純水を使用していることに注意してください。 したがって、(i) 水道水、または (ii) 汚染された廃水の使用を可能にする水分解技術は、エネルギー科学と環境科学の両方に関連する研究分野です。実際、このアプローチはポイント オブ ユースの水素製造に関連しています。 .
Abdul Malek、Edamana Prasad、Tiju Thomas で構成される IITM のチームは、水銀で汚染された水から水素を生成するための in situ 共還元アプローチを実証しました。このプロセスによって自然に水銀の除去が可能になります。このプロセスは、水銀の隔離と選鉱を同時に処理し、室温で 0.5 g の Al 塩に対して 720 mL/min という記録的な水素生成速度を実現します (実験室規模)。その場で形成されたナノ アルミニウム アマルガムは、その場で形成された Al ナノ粒子 (0.5 g の Al 塩あたり 600 mL/分) よりも高い速度 (0.5 g の Al 塩あたり約 720 mL/分) で水素を生成することがわかりました。これは、実験室規模でプロセスを使用して何リットルもの水素を生成できることを意味します。これには明らかにスケールアップが必要であり、これはマレックらが現在注力していることです。
この研究に関する彼らの最新の論文では、汚染された水中の水銀の存在が、Al と Hg からなるナノ合金の形成を助けることを示しました。これらの合金は、水を分解するナノガルバニック対の形成を引き起こす十分な表面化学的不均一性を持ち、不動態化をうまくバイパスします。このアプローチは、水処理や水素製造を専門とする業界を含む多くの業界にとって明らかに興味深いものです。関係する研究者は現在、プロセスのスケールアップを検討しています。彼らは、生成された知識を喜んで使用する可能性がある業界パートナーと喜んで話をします。著者は、さらなる議論のために電子メールで利用できます.
これらの調査結果は、International Journal of Hydrogen Energy に最近掲載された、パッシベーション バイパス水分解のためのその場で形成されたナノ アルミニウム アマルガム表面でのナノ ガルバニック カップル形成の証拠というタイトルの記事に記載されています。 この作業は、インド工科大学マドラス校の Abdul Malek、 Tiju Thomas、および Edamana Prasad によって実施されました。
参考文献:
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