Günstiger und effizienter Ethanolkatalysator aus lasergeschmolzenen Nanopartikeln
von Staff Writers
Krakau, Polen (SPX) 10. November 2023
In einem bedeutenden Schritt für die Technologie erneuerbarer Energien haben Forscher am Institut für Kernphysik der Polnischen Akademie der Wissenschaften (IFJ PAN) in Krakau einen Katalysator auf Kupferbasis entwickelt, der die vorherrschende Vormachtstellung von Platin in Ethanol-Brennstoffzellen in Frage stellt.
Ethanol, ein aus Biomasse gewonnener Biokraftstoff, ist ein erneuerbarer Energieträger mit mehreren Vorteilen, darunter geringer Toxizität und dem Potenzial für eine hohe Stromausbeute. Die Effizienz von Ethanol-Brennstoffzellen wird jedoch durch kostspielige Platinkatalysatoren beeinträchtigt, die für den Oxidationsprozess zur Stromerzeugung erforderlich sind. Dieser Prozess wurde bislang nicht optimiert.
Dr. Mohammad Shakeri vom IFJ PAN, der Hauptautor der in Advanced Functional Materials veröffentlichten Studie, gab bekannt: „Unsere Forschung zum Laserschmelzen von Nanopartikelsuspensionen hat ein Material zutage gefördert, das Ethanol mit einer Effizienz katalysiert, die mit Platin vergleichbar, wenn nicht sogar überlegen ist.“ Bemerkenswert ist, dass der neue Katalysator hauptsächlich aus Kupfer besteht, einem Metall, das fast 250-mal günstiger ist als Platin.
Die Methode des Teams besteht darin, Nanopartikelsuspensionen mit Laserpulsen zu bestrahlen, wodurch die Partikel schmelzen, verschmelzen und schnelle chemische Reaktionen eingehen. Der resultierende Verbundstoff, bestehend aus Kupfer und seinen Oxiden Cu2O und CuO, zeigte eine unerwartet hohe Effizienz bei der Katalyse von Ethanol.
Dr. Zaneta Swiatkowska-Warkocka, eine Mitarbeiterin des Projekts, erläuterte den sorgfältigen Ansatz: „Wir haben sowohl theoretische als auch experimentelle Analysen eingesetzt, um die laserinduzierten physikalischen und chemischen Veränderungen innerhalb der Kupfer-Nanopartikel-Suspensionen zu verstehen.“
Der Durchbruch konzentrierte sich auf das Vorhandensein von Kupferoxid-Cu2O3-Partikeln im Verbundwerkstoff. Trotz ihrer thermodynamischen Instabilität wurden diese Partikel überwiegend auf der Oberfläche von Cu2O-Partikeln gefunden, was die Adsorption von Alkoholmolekülen erleichtert und den Oxidationsprozess beschleunigt.
Die Leistung des Katalysators liegt nicht nur auf dem Niveau platinbasierter Alternativen, sondern weist auch eine lange Lebensdauer auf, da er seine volle Oxidationsfähigkeit auch bei längerer Nutzung beibehält. Diese Haltbarkeit ist für praktische Anwendungen von entscheidender Bedeutung, da sie eine längere Lebensdauer und geringere Wartungskosten für Brennstoffzellen bedeutet.
In der Praxis könnte diese Innovation den Preis von Ethanol-Brennstoffzellen drastisch senken und möglicherweise ihren Eintritt in den Verbrauchermarkt beschleunigen. Die Erschwinglichkeit und Effizienz des neuen Katalysators könnte den Zugang zu grünem Strom demokratisieren und im Einklang mit den weltweiten Bemühungen zur Umstellung auf erneuerbare Energiequellen stehen.
Die Auswirkungen der Entdeckung des IFJ PAN gehen über unmittelbare Kosteneinsparungen hinaus. Wenn es dem Team gelingt, die Partikelgröße in ihrem Verbundwerkstoff weiter zu reduzieren, könnte die Effizienz des Katalysators noch weiter steigen, was darauf hindeutet, dass wir uns erst am Anfang einer möglicherweise transformativen Technologie für den Energiesektor befinden.
Zusammenfassend ist die Arbeit des polnischen Teams ein Beispiel für das Potenzial interdisziplinärer Forschung zur Förderung nachhaltiger Energielösungen. Die Entwicklung eines erschwinglichen und effizienten Katalysators für Ethanol-Brennstoffzellen stellt nicht nur eine wissenschaftliche Errungenschaft, sondern auch einen konkreten Schritt in eine grünere Zukunft dar.
Während sich die Welt weiterhin mit den Herausforderungen des Klimawandels und dem Bedarf an sauberer Energie auseinandersetzt, bieten solche Innovationen einen Hoffnungsschimmer – eine Hoffnung, die auf den Schultern winziger Partikel, eines Laserstrahls und dem Einfallsreichtum von Wissenschaftlern ruht, die sich für die Herstellung von Energie einsetzen Unterschied.
Forschungsbericht:„Alternative lokale Schmelz-Verfestigung suspendierter Nanopartikel zur Heterostrukturbildung durch gepulste Laserbestrahlung“
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Kernphysik Polnische Akademie der Wissenschaften
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- Quelle: https://www.biofueldaily.com/reports/Cheap_and_efficient_ethanol_catalyst_from_laser_melted_nanoparticles_999.html
