مادة حفازة لاستخراج الطاقة الكهربائية من الإيثانول

الإيثانول هو مادة كيميائية كحولية يتم استخدامها في العطور و المعقمات. إن الإيثانول متوافر بشكل كبير حيث يتم إنتاجه عن طريق تخمير السكر.

لذا، فإن استخراج الطاقة الكهربائية منه قد يوفر مصدر طاقة متجدد. إن استخدام الإيثانول كمصر طاقة ليس بأمر جديد حيث أنه كان يستخدم في المحركات الميكانيكية. و لكن الطاقة التي تنتج من استخدام الإيثانول لم تكن عالية جدا.

السبب وراء ذلك هو أن معظم الطاقة في الإيثانول “مقفلة” وراء الرابط الكيميائي بين الكاربونين. معظم الطرق المستخدمة حاليا في استخراج الطاقة من النفط لا تقوم بفك هذه الروابط بل تقوم بفك روابط الكربون بالهيدوجين مما يجعل الكربون معرض للتأكسد. هذا التأكسد يؤدي إلى “تسمم” المادة الحفازة مما يجعلها أقل فاعلية مع مرور الوقت. لذلك، فإن الطرق الحالية لا تستفيد تماما من الطاقة في مركب الإيثانول.

و لكن، و في بحث جديد من المختبر الوطني في بروكهيفن، قام علماء بتصميم مادة حفازة ممكن استخدامها في الخلايا الوقودية للاستفاد تمام من الطاقة “المقفلة” في مركب الإيثانول.

يتم تصنيع هذه المادة الحفازة عن طريق تجهيز جزيئات نانوية من الذهب ثم إيداع ذرات البلاتينيوم و الإيريديوم عليها. و بذلك تقوم هذه المادة أولا بفك الرابط الكربوني لاستخراج الإلكترونات التي تقوم بإنتاج تيار كهربائي. بعد ذلك تقوم المادة بفك روابط الكربون و الهيدروجين لاسخراج طاقة أكبر. هذا يؤدي إلى استخراج 12 إلكترونا من الإيثانول مما يؤدي إلى إنتاج طاقة كهربائية أكبر.

تمتاز هذه خلايا إيثانول الوقودية هذه بكونها أخف من البطاريات و بكونها قابلة لإعادة التعبئة في أي وقت طالما يكون الوقود (في هذه الحالة، الإيثانول) موجودا. هذا بعكس البطاريات التي تنفذ بعد مرور وقت على استخدامها.

الخطوة القادمة في هذا البحث هو هندسة جهاز يقوم باستخدام هذه المادة الحفازة.




المصادر:

(1) DOE/Brookhaven National Laboratory. “New core-shell catalyst for ethanol fuel cells: Greatly boosts efficiency of ethanol electro-oxidation, offering promise for liquid-fuel-cell-powered drones.” ScienceDaily. ScienceDaily, 7 June 2019. <www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190607140433.htm>.

(2) Zhixiu Liang, Liang Song, Shiqing Deng, Yimei Zhu, Eli Stavitski, Radoslav R. Adzic, Jingyi Chen, Jia X. Wang. Direct 12-Electron Oxidation of Ethanol on a Ternary Au(core)-PtIr(Shell) Electrocatalyst. Journal of the American Chemical Society, 2019; DOI: 10.1021/jacs.9b03474