Přidat EnviWeb k oblíbeným odkazům
RSS kanályMobilní verze EnviWeb.cz

Katalyzátor prolamuje uhlíkovou vazbu

12.06.2009  |  zdroj: Technik  |  195× přečteno      vytisknout článek

Jedná se o katalyzátor, jenž umožňuje získat proud přímou oxidací etanolu v palivových článcích

Týmu vědců z laboratoří amerického ministerstva energetiky Brookhaven National Laboratory (BNL), University of Delaware a newyorské soukromé university Yeshiva University se podle informace uveřejněné v Nature Materials koncem ledna 2009 podařilo vyvinout nový katalyzátor, jenž umožňuje získat proud přímou oxidací etanolu v palivových článcích.

O etanolu je známo, že je svou energetickou hustotou (etanol 30 MJ/kg, benzin 96 ca. 46,4 MJ/kg, diesel 46,2 MJ/kg, biodiesel 42,2 MJ/kg a metanol 19,7 MJ/kg) ideálním palivem pro palivové články. Jeho výroba jako obnovitelného zdroje je jednoduchá a ekonomická i ve velkých množstvích, snadno se přepravuje a k využití lze využít stávající infrastruktury. Blíží se i vznik enzymu pro fermentaci lignocelulosických zdrojů biomasy, které vyloučí a odlehčí používání potravinářské biomasy a umožní zpracovat odpad dřeva, slámy, rychlerostoucích dřevin a papírového odpadu na bioethanol 2. generace. Výzkumníci P. R. Andersen a A. L. Tuxen z dánské firmy Novozymes odhadují, že by se tak mohlo stát už v roce 2010. Ještě několik let si ale pak vyžádá postupná výstavba pilotních, demonstračních a průmyslových závodů s roční kapacitou 100 mil.litrů.

TERNÁRNÍ KATALYZÁTOR JE NA SVĚTĚ

Chemickému využití k získání energie dosud brání pomalá a málo účinná oxidační reakce etanolu na CO2, vodík a elektrony se stávajícími katalyzátory. Již dříve zkoušené katalyzátory na Pt-Ru a jiné bázi vytváří acetaldehyd a kyselinu octovou jako vedlejší produkty, které znemožňují funkci článku. Nyní se však podařilo vyvinout účinný ternární Pt/Rh/SnO2 elektrokatalyzátor vyloučením klastrů atomů platiny a rhodia na povrchu uhlíkem dopovaných nanočástic oxidu cíničitého SnO2. I když bylo nutno nanočástice platiny pozlatit, aby nedocházelo k jejich oxidaci a vývoji reakce nežádoucím směrem. Vznik vedlejších a vyšších oxidačních produktů je zde potlačen a tak dominuje reakce:

C2H5OH + 3 H2O 2 CO2 + 12 H+ + 12 e- ,

nutná pro tvorbu elektronů a vznik elektrického proudu.

SEN GENERACÍ VĚDCŮ

S novým katalyzátorem se podařilo vyřešit cíl mnoha vědců, prolomit uhlíkovou vazbu a to i za normální teploty. Tím se stala schůdnou cesta ke vzniku palivového článku s přímou oxidací etanolu Direct Ethanol Fuel Cell (DEFC) s využitím technologických a materiálových zkušeností získaných při vývoji článků Protone Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Ten byl vyvinut pro použití vodíku k výrobě proudu a přímému vytápění, avšak široké užití vodíku má tolik problémů: efektivní výrobu, skladování, dopravu, distribuci a bezpečnost, že ještě nějakou dobu potrvá než budou ekonomicky překonány.

ČEKÁNÍ NA VAILLANTA

V jednu chvíli to vypadalo, že je za dveřmi kotel Vaillant s PEMFC články na vodík z reformovaného metanolu; byl vystaven v roce 2001 na veletrhu ISH ve Frankfurtu. Ve stánku dával teplo a proud 24 hodin denně po dobu 5 dní. Na jeho premiéru na veletrhu Aqua-therm 2002 jsme však čekali marně. Kotel Vaillant zaujal nejen tím, že vyráběl 4,6 kWe elektrické energie a 9 kWt tepla z vodíku připraveného v reformeru ze zemního plynu, přímou bezemisní přeměnou na katalyzátoru v PEMFC chemickou reakcí vodíku s kyslíkem ze vzduchu a za vzniku vody.

Zajímavé je i konstrukční řešení bipolárních desek a membrán baterie PEMFC s 200 články ze špičkových vysokoteplotních plastů Fortron (PPS), Vectra (LCP) a Celtec (PBI), snášejících teploty až 200 °C, od výrobců plastů Celanese a Ticona. Vlastní membránu tvoří úspěšný membránový materiál polymer DuPont Nafion na bázi PFSA (perfluorsulfonová kyselina/PTFE kopolymer) s řízenou permeabilitou.

Kotel po veletrhu prošel certifikací pro bezpečný provoz a účinné využití paliva, zmenšením, odlehčením a provozními zkouškami 300 000 h v laboratořích e.on a Ruhrgas. Zkoušky potvrdily mj. konstantní elektrickou účinnost a účinnost kotle vyšší než 80 %. V prosinci 2005 doba zkoušek překročila 1 mil. h. Vaillant však ve spolupráci se světovou jedničkou v oboru americkou firmou Plug Power očekává uvedení na trh až po dořešení nákladové stránky a funkční zralosti nejdříve v roce 2010. V roce 2006 získaly obě firmy společný grant na dokončení vývoje 2,5 mil. EUR od EU a 3,6 mil. USD od amerického ministerstva energetiky.

PALIVOVÉ ČLÁNKY PRO VYSOKOZDVIŽNÉ A PALETOVÉ VOZÍKY

Sama Plug Power je v realizaci PEMFC na vodík velmi daleko. Vyrábí PEMFC kotle Gen Sys pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla pro domácnosti s výkony 3 - 8 kW a baterie Gen Drive s palivovými články pro vysokozdvižné a paletové vozíky náhradou za olověné baterie. Jejich výhodou je 20 - 40 % úspora energie a snížení emisí CO2 o 25 - 35 %. Objev zde otevírá cestu k užití etanolu místo vodíku formou DEFC i pro tyto pohony. Efektivním marketingem získala Plug Power pilotní zakázku na baterie Gen Drive a čerpací stanice na vodík pro paletové vozíky v síti řetězce Wal-Mart, zatím ve státu Ohio. Využití v USA nahrává i zákon o daňových úlevách až 30 % pro užití palivových článků a solárních zdrojů od 0,5 kW, platný od 9. 10. 2008 do 31. 12. 2016 se stropem částky 3 000 USD/kW pro domácnosti a 1 000 USD/kW pro podnikání.

VÝHLED ORGANICKÝCH SYNTÉZ

Mezitím se Vaillant vydal cestou spolupráce s firmou Webasto a drážďanským ústavem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) směrem ke keramickým vysokoteplotním článkům SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), pracujícím při teplotě mezi 700 - 1 000 °C. Vedle řešení přímé výroby proudu a vytápění, objev vzbudil velkou naději, že katalyzátor bude schopen štěpit C - C vazbu i u jiných organických látek, čímž se otevře nová oblast organických syntéz s možností vzniku zcela nových materiálů.

Strukturní a elektronické vlastnosti elektrokatalyzátoru byly ověřeny v BNL špičkovou technikou rtg absorbčních metod využitím světelného zdroje synchrotronu NSLS (National Synchrotrone Light Source) a transmisní elektronové mikroskopie v Centru funkčních nanomateriálů BNL. Na jejich základě výzkumníci stanovili, že vysoká aktivita ternárního katalyzátoru je výsledkem synergie platiny, rhodia a oxidu cíničitého. Tento poznatek lze využít v dalších aplikacích alternativních zdrojů energie.

Výzkum je součástí amerického programu snížení závislosti na fosilních zdrojích ropy a plynu, které se, podle příkladů Ruska, Íránu, Venezuely a arabských států, stávají nástrojem nátlaku a ekonomického i politického vydírání.


Související články


Poslední diskuse k článku - 0 příspěvků celkem

přidej nový příspěvek

Zatím žádný příspěvek
můžete na tento článek reagovat jako první...


EnviWeb s.r.o. neručí a nenese zodpovědnost za obsah diskusních příspěvků, diskuse nemoderuje ani nerediguje. Diskusní příspěvky vyjadřují názor jejich autorů. EnviWeb s.r.o. si vyhrazuje právo odstraňovat diskusní příspěvky, a to zejména takové, které odporují dobrým mravům, porušují platné zákony ČR, poškozují dobré jméno serveru nebo obsahují neplacenou reklamu. Diskuse NEJSOU určeny pro dotazy na autory článků nebo redaktory EnviWebu.



Search
Partneři
Ekologický oskar
ZmapujTo.cz
Fandíme EnviWebu
Výrobky a služby pro životní prostředí
Výrobky a služby pro životní prostředí
Partnerské časopisy
<< Předchozí Následující >>



Doporučujeme: Ekologove.cz - ekologie v každodenní praxi, EnviMarket.cz - nabídka výrobků a služeb, ZmapujTo.cz - hlášení podnětů od občanů, Nazeleno.cz - úspory energie, Inspirace v bydlení, Cena elektřiny, Dřevěné brikety, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo


Enviweb s.r.o. využívá zpravodajství ČTK, jehož obsah je chráněn autorským zákonem.
Přepis, šíření či další zpřístupňování tohoto obsahu či jeho části veřejnosti,a to jakýmkoliv způsobem, je bez předchozího souhlasu ČTK výslovně zakázáno.
Copyright (2008) The Associated Press (AP) - všechna práva vyhrazena. Materiály agentury AP nesmí být dále publikovány, vysílány, přepisovány nebo redistribuovány.
Toplist