16.07.2024
Studia
Inżynierowie opracowali rewolucyjną metodę produkcji wodoru w jednoetapowym procesie
Metoda ta wymaga jedynie światła i nie wymaga zewnętrznego ogrzewania.
Siarkowodór, znany z zapachu zgniłych jaj, jest silnie trujący i żrący, zwłaszcza w ściekach. Zakłady petrochemiczne i inne gałęzie przemysłu produkują tysiące ton tego gazu każdego roku jako produkt uboczny różnych procesów, które oddzielają siarkę od ropy naftowej, gazu ziemnego, węgla i innych produktów.
Teraz inżynierowie i naukowcy z Uniwersytetu Rice wynaleźli nowy sposób, w jaki przemysł petrochemiczny może przekształcić ten szkodliwy gaz w wodór, na który jest duże zapotrzebowanie.
Inżynier, fizyk i chemik z Rice, Naomi Halas i jej zespół stworzyli metodę, która czerpie energię ze światła i wykorzystuje nanocząsteczki złota do konwersji siarkowodoru i siarki w jednym kroku.
Dla porównania, nowoczesne rafinerie z technologią katalityczną działają przy użyciu metody znanej jako proces Clausa, który wymaga kilku etapów. Ponadto, produkuje on siarkę, ale nie wytwarza wodoru, który jest przekształcany w wodę.
„Emisje siarkowodoru mogą skutkować wysokimi karami dla przemysłu, ale remediacja jest również bardzo kosztowna” – powiedział Halas, pionier nanofotoniki, którego laboratorium spędziło lata na opracowywaniu komercyjnie opłacalnych nanokatalizatorów aktywowanych światłem. „Sformułowanie »przełom« jest nadużywane, ale w tym przypadku jest ono właściwe. Wprowadzenie fotokatalizy plazmonicznej powinno być znacznie tańsze niż tradycyjna redukcja i ma dodatkowy potencjał, aby przekształcić kosztowny ciężar w coraz bardziej wartościowy towar”.
Według Galasa, proces ten jest ekonomiczny; może mieć niskie koszty wdrożenia i wysoką wydajność w oczyszczaniu nieprzemysłowego siarkowodoru ze źródeł takich jak gaz kanalizacyjny i odpady zwierzęce.
Proces remediacji jest ekonomiczny i wydajny
Zgodnie z informacją opublikowaną w komunikacie, zespół usiał powierzchnię ziaren proszku krzemionkowego maleńkimi „wyspami” złota. Każda wyspa była nanocząsteczką złota, która oddziaływała z długością fali światła widzialnego. W wyniku reakcji powstały „gorące nośniki”, krótkotrwałe wysokoenergetyczne elektrony, które mogą wyzwalać katalizę.
W warunkach laboratoryjnych zespół wykazał, że zestaw lamp LED może indukować „fotokatalizę gorących nośników” i przekształcać H2S bezpośrednio w gaz H2 i siarkę.
„Biorąc pod uwagę, że wymaga to jedynie światła widzialnego i nie wymaga zewnętrznego ogrzewania, proces ten powinien być stosunkowo łatwy do skalowania przy użyciu odnawialnej energii słonecznej lub wysokowydajnego półprzewodnikowego oświetlenia LED” – dodał Halas.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie ACS Energy Letters wydawanym przez Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne.