Mattiq و Heraeus Precious Metals برای توسعه تولید هیدروژن سبز همکاری می‌کنند

شرکت شیمی پاک مستقر در شیکاگو به نام Mattiq اعلام کرده است که برای توسعه و عرضه مواد الکتروکاتالیست پیشرفته جهت تولید هیدروژن سبز، با Heraeus Precious Metals وارد شراکت شده است.

این شرکت‌ها اعلام کردند که قصد دارند با مهندسی کاتالیزورهای با میزان ایریدیوم پایین، میزان استفاده از این ماده خام کمیاب و حیاتی در تولید الکترولیزرهای آب بر پایه غشاء تبادل پروتون (PEM) را پیش از آنکه به سایر راهکارهای الکتروشیمیایی گسترش یابند، به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهند.

ایریدیوم، از فلزات گروه پلاتین، نقش حیاتی در انتقال به انرژی سبز دارد، زیرا فناوری الکترولیز آب با استفاده از غشاء تبادل پروتون (PEM)، که به عنوان یکی از پیشروترین فناوری‌ها برای تولید هیدروژن کربن صفر (سبز) شناخته می‌شود، به وجود این فلز متکی است.

ایریدیوم در سال ۲۰۲۱، پس از وقوع کمبودهای عرضه و به دلیل انتظارات مبنی بر اینکه در تولید هیدروژن جهت تأمین انرژی برای اقتصاد سبزتر به کار گرفته خواهد شد، شاهد جهش قیمتی چشمگیری بود؛ ارزش آن در مدت دو ماه به میزان ۱۶۰ درصد افزایش یافت.

ایریدیوم، که محصول جانبی استخراج پلاتین و پالادیوم می باشد، نقش اساسی در بسیاری از صنایع دارد و می‌تواند به عنوان کاتالیزور در الکترولیز برای تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد؛ در حالی که تقاضا برای هیدروژن به عنوان منبع انرژی پاک‌تر نسبت به سوخت‌های فسیلی به طور فزاینده‌ای افزایش یافته است.

Mattiq، که فعالیت خود را در سال ۲۰۲۳ آغاز کرد، از جمله شرکت‌هایی بود که از ابتکار محاسبات با عملکرد بالا برای نوآوری انرژی، وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده، بودجه دریافت کرد. این ابتکار به منظور پرداختن به مسئله مصرف انرژی محصولات در طول چرخه عمرشان و نیز افزایش بازدهی فناوری‌های مربوط به تبدیل و ذخیره‌سازی انرژی، پایه‌گذاری شده است.

Mattiq در یک اطلاعیه خبری بیان کرد که با توجه به الزامات فعلی برای استفاده از ایریدیوم، توسعه و استقرار سالانه الکترولیزرهای PEM با محدودیت‌هایی روبرو خواهد بود.  بنابراین، لازم است راهکارهایی برای کاهش میزان ایریدیوم مورد استفاده در الکتروکاتالیست‌ها، بدون آنکه عملکرد آنها دچار اختلال شود، پیدا گردد.

Mattiq و Heraeus Precious Metals در جریان همکاری خود اعلام کردند که قصد دارند با کوتاه کردن زمان معمول برای طی مراحل تحقیق و توسعه تا تجاری‌سازی، فرآیند تبدیل کاتالیزورهای کم ایریدیوم از حالت نمونه آزمایشی به راهکارهای صنعتی در سطح وسیع را تسریع نمایند.

شرکت‌ها در بیانیه خود گفتند که تجمیع ظرفیت‌های تحقیق و توسعه و همچنین توانایی‌های تولید، این امکان را برایشان فراهم می‌کند که نه تنها زمان لازم برای به ثمر رسیدن نوآوری‌های جدید را به صورت ریشه‌ای کاهش دهند، بلکه نتایج بهتری را نیز برای مشتریان خود به ارمغان آورند.

Jeff Erhardt، مدیرعامل شرکت Mattiq، در یک بیانیه خبری اظهار داشت: "با تلفیق تخصص خود در طراحی سیستم‌های الکتروشیمیایی با توانمندی‌های بی‌نظیر Heraeus در توسعه مواد و تولید کاتالیزور، می‌توانیم مشترکاً روند توسعه کاتالیزورهای کم ایریدیوم و با کارایی بالا را سرعت بخشیده و از این طریق، هزینه تولید الکترولیزرها را کاهش دهیم و جایگاه آنها را در حذف کربن از صنایع سنگین تثبیت نماییم".

پی نوشت

Green Hyrogen

هیدروژن سبز آینده انرژی پاک را به روش‌هایی که زمانی غیرممکن تصور می‌شد، تغییر می‌دهد. موضوع فقط تولید سوختی بدون انتشار آلاینده نیست؛ بلکه گشودن یک الگوی انرژی جدید است که می‌تواند صنایعی را که پیش از این بسیار چالش‌برانگیز تلقی می‌شدند، از انتشار کربن پاکسازی کند. کارخانه‌های فولاد و کارخانه‌های شیمیایی را تصور کنید که بدون ردپای کربن فعالیت می‌کنند و همگی با هیدروژنی که از آب و انرژی‌های تجدیدپذیر تولید می‌شود، تغذیه می‌شوند.

یکی از هیجان‌انگیزترین پیشرفت‌ها در عرصه حمل‌ونقل است. در حالی که وسایل نقلیه الکتریکی گام‌های بلندی برمی‌دارند، هیدروژن سبز راه‌حل‌هایی برای بخش‌هایی ارائه می‌دهد که باتری‌ها در آنها ناکارآمدند، مانند کامیون‌رانی مسافت‌های طولانی، هوانوردی و کشتیرانی. پیل‌های سوختی که با هیدروژن سبز کار می‌کنند، می‌توانند چگالی انرژی بالایی را که برای این کاربردهای دشوار مورد نیاز است، فراهم کنند و به طور بالقوه کل صنایع لجستیک و مسافرت را متحول کنند.

فناوری پشت هیدروژن سبز به سرعت در حال پیشرفت است. الکترولیز، فرآیند تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن با استفاده از برق، به لطف مواد کاتالیزوری نوآورانه و طرح‌های بهبود یافته الکترولیزر، کارآمدتر می‌شود. محققان در حال آزمایش الکترودهای نانوساختار و فناوری‌های غشایی هستند که می‌تواند به طور چشمگیری تلفات انرژی را کاهش داده و هزینه‌ها را پایین بیاورد.

ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل، که به طور سنتی به عنوان موانع دیده می‌شدند، زمینه‌های نوآوری شدید هستند. هیدروژن را می‌توان به صورت گاز تحت فشار بالا یا به صورت مایع در دماهای بسیار پایین ذخیره کرد، اما هر دو روش چالش‌هایی دارند. راه‌حل‌های نوظهوری مانند چهارچوب‌های فلزی-آلی (MOF)ها مانند اسفنج‌های مولکولی عمل می‌کنند، هیدروژن را جذب می‌کنند و در صورت نیاز آن را آزاد می‌کنند. این می‌تواند ذخیره‌سازی را ایمن‌تر و کاربردی‌تر کند.

در مقیاس جهانی، هیدروژن سبز این پتانسیل را دارد که ژئوپلیتیک انرژی را تغییر دهد. کشورهایی که سرشار از منابع تجدیدپذیر، مانند انرژی خورشیدی و باد هستند، می‌توانند به صادرکنندگان انرژی جدید تبدیل شوند. این تغییر می‌تواند دسترسی به انرژی را دموکراتیک کند و وابستگی جهانی به مناطق غنی از سوخت‌های فسیلی را کاهش دهد و امنیت انرژی بیشتری را در سراسر جهان تقویت کند.

از نظر اقتصادی، با بلوغ فناوری، انتظار می‌رود هزینه‌ها کاهش یابد. مشوق‌های دولتی و افزایش قیمت کربن می‌تواند این گذار را تسریع کند و هیدروژن سبز را با سوخت‌های سنتی رقابتی کند. این یک نمونه کلاسیک از چگونگی اقتصاد مقیاس و پیشرفت‌های تکنولوژیکی می‌تواند تغییر عمیقی را ایجاد کند.

از نظر اجتماعی، پذیرش هیدروژن سبز می‌تواند باعث ایجاد شغل در بخش‌های جدید شود، از مهندسی و تولید گرفته تا تعمیر و نگهداری و توسعه زیرساخت‌ها. برنامه‌های آموزشی و ابتکارات آموزشی برای آماده‌سازی نیروی کار برای این تغییر، که نوید فرصت‌هایی را برای جوامع در سراسر جهان می‌دهد، حیاتی خواهد بود.

فراتر از تولید انرژی پاک، هیدروژن سبز می‌تواند به متعادل کردن شبکه‌های الکتریکی که با منابع تجدیدپذیر متناوب بیش از حد بارگذاری شده‌اند، کمک کند. انرژی اضافی در زمان‌های اوج تولید می‌تواند برای تولید هیدروژن استفاده شود، که سپس می‌تواند ذخیره شده و در صورت نیاز دوباره به برق تبدیل شود. این یک راه‌حل ظریف برای یکی از بزرگترین چالش‌های انرژی‌های تجدیدپذیر است.

Proton Exchange Membrane (PEM)

غشاهای تبادل پروتون(PEM)، که به عنوان غشاهای الکترولیت پلیمری نیز شناخته می‌شوند، اجزای جذاب در دنیای انرژی پاک هستند. آنها غشاهای نیمه‌تراوا هستند که برای هدایت پروتون‌ها طراحی شده‌اند در حالی که به عنوان یک عایق الکترونیکی و مانعی برای واکنش‌دهنده‌هایی مانند گاز اکسیژن و هیدروژن عمل می‌کنند. PEMها در هر دو پیل سوختی PEM و الکترولیزرهای PEM حیاتی هستند.

ویژگی‌های کلیدیPEMها:

هدایت پروتون: PEMها اجازه عبور پروتون‌ها را می‌دهند در حالی که از عبور الکترون‌ها جلوگیری می‌کنند، که برای عملکرد پیل‌های سوختی و الکترولیزرها ضروری است.

ترکیب مواد: PEMها که معمولاً از یونومرهایی مانند(Nafion) یک فلوئوروپلیمر توسط(DuPont) ساخته می‌شوند، همچنین می‌توانند غشاهای کامپوزیتی با مواد دیگر که در یک ماتریس پلیمری قرار گرفته‌اند، باشند.

شرایط عملیاتی: پیل‌های سوختی PEM معمولاً در دماهای پایین‌تر (حدود ۸۰ درجه سانتی‌گراد) کار می‌کنند، که آنها را برای کاربردهایی مانند استفاده در خودرو مناسب می‌سازد.

بازدهی: الکترولیزرهای PEM به دلیل بازدهی بالا و توانایی تولید هیدروژن با خلوص بالا شناخته می‌شوند.

کاربردها:

پیل‌های سوختی: PEM مورد استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی و منابع برق قابل حمل، پیل‌های سوختی PEM  هیدروژن را به برق تبدیل می‌کنند و آب تنها خروجی آنهاست.

الکترولیزرها: PEMمورد استفاده برای الکترولیز آب برای تولید هیدروژن سبز، الکترولیزرهای PEM زمان‌های پاسخ دینامیکی سریع و بازدهی بالایی ارائه می‌دهند.