Hidrojen, emisyonlara ve küresel ısınmaya sebep olan fosil yakıtlara alternaitf olarak düşünülmektedir. Su elektrolizi yoluyla elektrokimyasal hidrojen üretimi, sıfır karbon ayak izi ile yüksek oranlarda saf hidrojen üretmek oldukça temiz bir tekniktir. Daha sürdürülebilir enerji sistemlerine ulaşabilmek için hidrojen en uygun enerji vektörü olarak kabul edilmektedir1. Ancak bu temiz enerjiye ulaşmak ve daha uygulanabilir bir seçenek haline getirebilmek için üretim maliyetlerinin düşürülmesi gerekmektedir. Bu nedenle hidrojen üretimi için hidrojen evrim reaksiyonunda (HER) en iyi maliyet etkinliğini sağlayabilmek adına yüksek aktiviteye sahip, düşük maliyetli ve metal bazlı malzemelerin geliştirilmesi için çalışmalar yapılmaktadır.
Electrochimica Acta dergisinde yayımlanan bir makalede, São Carlos Federal Üniversitesi’nde (UFSCar) ev sahipliği yapan bir Araştırma, Yenilik ve Yaygınlaştırma Merkezi (RIDC) olan Fonksiyonel Malzemelerin Geliştirilmesi Merkezi’ndeki (CDMF) bilim adamları, hidrojen evrim reaksiyonunda (HER) yüksek verimlilik gösteren bir amorf nikel-fosfor (Ni-P) elektrotunun sentezini tanımlamaktadırlar2.
Makalede araştırmacılar, hidrojen üretimi için kullanılan elektrokimyasal üretim yöntemi olan hidrolizin verimliliği elektrokatalizörün kapasitesine bağlılığını göz önünde bulundurarak Ni-P elektrotların performansını analiz etmek için tasarlanmış bir deneyi anlatmaktadır. Deney verileriyle 3-Ni-P elektrotunun; alkali, nötr ve asidik koşullarda yüksek performans sergilediği ve Ni-P filmlerinin incelenen koşullar altında mükemmel stabilite gösterdiği sonucuna varılmaktadır2.
Ni-P elektrotunun performansının yüksek olması, fosfor ve metal atomlarının negatif-pozitif yük doğasından kaynaklanır. Metalin pozitif yük taşıyor olması metal atomunun çekirdek etrafındaki elektron yoğunluğunu artırırken, hidrojen atomunun çekirdeğini çeken çekim kuvvetini zayıflatır. Bu metal-hidrojen bağının kuvvetinin zayıflamasına neden olur ve metal-hidrojen bağlarının kopmasını kolaylaştırır. Bu bağın zayıflaması HER performansını artırır1. Ayrıca elektrodun çeşitli pH değerlerinde antikorozif* özellik göstermesi, elektrodun uzun ömürlü ve dayanıklı olmasını dolayısıyla da kullanım avantajını sağlamaktadır (Şekil 1).
Yapılan araştırmada elektrotun performansının yanı sıra düşük maliyet konusuna da değinilmiştir. Ni-P/NF elektrotunun tek adımlı elektrokaplama ile yüksek verimlilikle sentezlenmesi hidrojen üretimi gibi süreçlerde daha az enerji kullanımını gerektirmesinden, yenilenebilir enerji teknolojilerinde maliyeti düşürdüğü gibi bahsedilen sürecinde daha az maliyetle gerçekleştirilebileceği sonucuna varılmıştır. Evrensel pH değerinde üstün elektrokatalitik aktivite gösteren 3-Ni-P/NF elektrotunun, farklı su kaynaklarında hidrojen üretimi için uygun, uzun süreli dayanıklılık ve kararlılıkta oluşu hidrojen üretim sistemlerinin daha uzun ömürlü olmasını sağlar bu da bakım ve yenileme maliyetlerini azalttığı görülür. Ayrıca, elektro-çökeltme yönteminin kolay ölçeklenebilirliği, endüstriyel ölçekte yenilenebilir enerji üretim sistemlerinin kurulumunu kolaylaştırabilir bu da toplam enerji üretim maliyetlerini düşürerek yenilenebilir enerji kullanımını daha çekici hale getirebilir1.
Araştırmacılara göre bu yaptıkları araştırmaların sonuçları sudan hidrojen üretimi için stabilitesi yüksek, sentezlenmesi kolay, düşük maliyetli ve geniş pH aralığında yüksek verimlilikle çalışabilen katalizör arayışı için oldukça önemlidir.
*Antikorozif: Metal veya diğer malzemelerin korozyon sürecini önlemek veya geciktirmek için kullanılan, genellikle bir kaplama veya malzeme türünü tanımlar.
Kaynaklar
Sürdürülebilir enerji kaynakları açısından hidrojen üretiminin önemini vurgularken yeni üretim yollarının araştırılmasında yapılan deneyleri ve analizlerini konu alan çok bilgilendirici bir haber. Ellerinize sağlık.