นวัตกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาสําหรับการผลิต turquoise ไฮโดรเจนที่ยั่งยืน

ทีมวิจัยของ Dr. Woohyun Kim จากแผนกวิจัยไฮโดรเจนที่สถาบันวิจัยพลังงานเกาหลี (KIER) ประสบความสําเร็จในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาคอมโพสิตนิกเกิลโคบอลต์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่สามารถเร่งการผลิต turquoise ไฮโดรเจนได้ ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Fuel Processing Technology

ในปี 2021 รัฐบาลเกาหลีได้ประกาศ "แผนการดําเนินงานด้านเศรษฐกิจไฮโดรเจนครั้งแรก" โดยมีเป้าหมายที่จะจัดหาไฮโดรเจนสะอาด 28 ล้านตันภายในประเทศภายในปี 2050 ดังนั้นการวิจัยไฮโดรเจนในเร็ว ๆ นี้จึงมุ่งเน้นไปที่วิธีการผลิตที่สามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้

turquoise  ไฮโดรเจน เป็นไฮโดรเจนสะอาดชนิดหนึ่ง เป็นเทคโนโลยีที่ผลิตไฮโดรเจนและคาร์บอนแข็งโดยการย่อยสลายด้วยความร้อนของก๊าซมีเทน (CH₄) ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติ แม้ว่าจะใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นแหล่งกําเนิด แต่ก็ไม่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างกระบวนการผลิต ส่งผลให้ไม่จําเป็นต้องดักจับและกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มเติม ทําให้สามารถผลิตไฮโดรเจนที่สะอาดได้

อย่างไรก็ตาม การใช้งานเชิงพานิชย์ของเทคโนโลยีturquoise ไฮโดรเจนล่าช้าเนื่องจากความท้าทายในการจัดหาความร้อนที่จําเป็นสําหรับปฏิกิริยา การผลิตไฮโดรเจนเทอร์ควอยซ์แบบเร่งปฏิกิริยามักใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจากนิกเกิลและเหล็ก ซึ่งแสดงกิจกรรมต่ํา และต้องการอุณหภุมิที่ไม่ต่ำกว่า 900 C เพื่อปฏิกิริยาที่สเถียร

นอกจากนี้ ปัญหาการนำคาร์บอนที่เหลือจากปฏิกิริยาไปใช้ยังคงเป็นปัญหาที่ต้องได้รับการแก้ไข

ทีมวิจัยประสบความสําเร็จในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาโดยการเติมโคบอลต์ลงในตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบเพื่อเอาชนะข้อจํากัดของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีอยู่ เมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ศึกษาก่อนหน้านี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาขึ้นใหม่ช่วยให้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่ต่ํากว่าอย่างมีนัยสําคัญ

โคบอลต์มีบทบาทสําคัญในการเพิ่มกิจกรรมทางไฟฟ้าและเพิ่มความทนทานเมื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นหลัก ทีมวิจัยได้เพิ่มโคบอลต์ลงในตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลและทําการทดลองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพองค์ประกอบ ด้วยเหตุนี้ พวกเขาจึงพบว่าองค์ประกอบที่มีนิกเกิล 8% และโคบอลต์ 2% มีประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจนสูงสุด

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาขึ้นแสดงให้เห็นถึงผลผลิตไฮโดรเจนที่สูงกว่า 50% เมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้ โดยอิงจากปฏิกิริยาเริ่มต้นที่วัดได้ภายใน 30 นาทีแรก แม้ที่อุณหภูมิต่ําที่ 600°C  นอกจากนี้ ในขณะที่ปฏิกิริยาเริ่มต้นของตัวเร่งปฏิกิริยาจะคงอยู่ประมาณ 90 นาที ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่จะขยายระยะเวลานี้ออกไป 60% โดยคงปฏิกิริยาเริ่มต้นไว้ประมาณ 150 นาที

ทีมงานยังสังเกตการก่อตัวของท่อนาโนคาร์บอนบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาหลังปฏิกิริยา ท่อนาโนคาร์บอนใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุอิเล็กโทรดสําหรับแบตเตอรี่สํารองและเป็นวัสดุก่อสร้าง รวมถึงการใช้งานอื่นๆ การค้นพบนี้เน้นย้ําถึงศักยภาพในการผลิตวัสดุคาร์บอนที่มีมูลค่าเพิ่มสูงควบคู่ไปกับการผลิตไฮโดรเจน

ดร. Woohyun Kim หัวหน้าฝ่ายวิจัยกล่าวว่า "การวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่ก้าวล้ํา ทําให้สามารถผลิตท่อนาโนไฮโดรเจนและคาร์บอนได้พร้อมกัน

"เราวางแผนที่จะวิจัยเทคโนโลยีการผลิตจํานวนมากโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาขึ้น ทําการประเมินประสิทธิภาพ และรักษาเทคโนโลยีวัสดุหลักและความสามารถในการออกแบบระบบปฏิกิริยา"