211service.com
Ett bättre sätt att göra väte?
En ny process för att använda aluminiumlegeringar för att generera väte från vatten skulle kunna göra bränslecellsfordon mer praktiska, säger Jerry Woodall , professor i el- och datorteknik vid Purdue.
Gasar upp: Denna aluminiumlegering drar snabbt syre från vatten och bildar i processen aluminiumoxid och frigör vätgas. Vätgasen skulle kunna användas i stället för bensin i bilar.
Vätgasbränsleceller är attraktiva eftersom de inte ger några skadliga utsläpp, men vätgas är svår att transportera och vätgasfordon har en begränsad räckvidd eftersom det är svårt att lagra stora mängder väte ombord. Många forskare utvecklar metoder för att lagra mer väte, inklusive att packa det i kolnanorör eller tillfälligt lagra det i kemiska föreningar. Woodalls lösning är att lagra väte som vatten, och spjälka väte från syre endast när det behövs för att driva fordonet.
Tidigare i år rapporterade Woodall att framgångsrikt generera betydande mängder väte med en kombination av aluminium och gallium. I de experimenten innehöll dock legeringen mest gallium, vilket både begränsade materialets vätegenererande förmåga och höll kostnaderna höga. På en nanoteknikkonferens på fredag kommer Woodall att presentera nytt arbete som visar att processen lyckas med en legering som innehåller 80 procent aluminium. Detta kan göra systemet mycket mer praktiskt genom att minska mängden dyrt gallium samtidigt som mängden aktivt material ökar.
Woodalls process fungerar på grund av aluminiums starka affinitet för syre, vilket gör att metallen bryter isär vatten, bildar aluminiumoxid och frigör väte. Denna grundläggande kemiska process är förstås välkänd, men problemet har varit att så fort aluminium exponeras för luft bildar det snabbt ett tunt lager av aluminiumoxid som tätar bort huvuddelen av aluminiumet och hindrar det från att reagera med vatten. Woodalls insikt, säger Sunita Satyapal , som leder Department of Energys (DOE) vätelagringsprogram, ska använda gallium för att förhindra att detta skikt helt tätar aluminiumet. Även om de molekylära mekanismerna fortfarande inte förstås, är det känt att gallium orsakar luckor i oxidskiktet som gör att aluminium kan reagera snabbt med syret i vattnet, men inte med syret i luften.
Woodall föreställer sig ett system där aluminiumpellets skulle levereras till bensinstationer där förarna skulle lasta cirka 50 kilo pellets och 20 kilo vatten i separata behållare, med de två blandade efter behov för att generera väte och aluminiumoxid. (Detta skulle ge motsvarande cirka 60 kg bensin, säger Woodall.) Aluminiumoxiden kan återvinnas med samma process som används för aluminiumburkar, och galliumet kan enkelt separeras från aluminiumoxiden och användas igen.
Men elen som behövs för att återvinna aluminiumet kan vara ett problem, eftersom det skulle vara en stor föroreningskälla om det inte kommer från rena källor som sol eller vind. Satyapal säger också att processens energieffektivitet inte uppfyller DOE-målen.
DOE, tillsammans med olje- och bilföretag, har satt upp mål för mängden väte som ska lagras ombord på ett fordon, i syfte att ge samma räckvidd som bensindrivna bilar utan att ändra fordonsdesign eller minska last- och passagerarutrymme. Woodall säger att han kan uppfylla målen för bilar och andra lätta fordon, bland annat genom att återvinna vatten som produceras av bränslecellerna. DOE uppskattar dock att Woodalls process skulle ta för mycket utrymme eftersom, bland andra skäl, kommer återvinning av vatten sannolikt inte att vara praktiskt, säger Satyapal.
Woodall arbetar med AlGalCo, en startup baserad i West Lafayette, IN, för att kommersialisera processen. Företagets initiala produkter kommer att vara bränslecellsgeneratorer som körs på väte producerat med en version av hans aluminiumlegering.