Catalizatorii ar trebui să fie eficienți și durabili. Pentru a-i găsi, patru echipe lucrează sistematic împreună la noi concepte. Ele beneficiază de finanțare de la Consiliul European de Cercetare (ERC) în valoare de 10 milioane de euro.
Hidrogenul este considerat purtătorul de energie al viitorului. Pentru a-l produce, reacțiile trebuie catalizate, unele dintre acestea având loc în condiții extreme. Catalizatorii electrofotici anteriori de obicei nu pot rezista mult timp în aceste condiții – sunt necesare materiale noi care să fie atât puternice, cât și durabile și, ideal, să nu conțină elemente scumpe și rare. Un consorțiu de cercetare danez-german-elvețian abordează sistematic o nouă abordare în proiectul “Evoluția Dirijată a Interfețelor Electrocatalitice Metastabile pentru Conversia Energetică”, sau DEMI pe scurt. DEMI va fi finanțat pentru următorii șase ani cu aproximativ 10 milioane de euro în calitate de Grant de Sinergie de la Consiliul European de Cercetare ERC, cea mai înaltă distincție pentru cercetătorii din UE.
Materialele formate din cinci sau mai multe elemente sunt deosebit de promițătoare ca electrocatalizatori. Cercetătorii caută practic un ac într-un car. Pentru a putea efectua o căutare țintită, cercetătorii, profesorul Jan Rossmeisl de la Universitatea din Copenhaga (Danemarca), profesorul Alfred Ludwig de la Universitatea Ruhr Bochum, profesorul Karl Mayrhofer de la Institutul Helmholtz Erlangen-Nuremberg/Universitatea Friedrich Alexander Erlangen-Nuremberg și profesorul Matthias Arenz de la Universitatea din Berna (Elveția) își pun la comun expertiza.
Cercetătorii din Copenhaga calculează combinații de materiale promițătoare bazate pe electrochimie teoretică și simulări. Urmează un principiu evolutiv prin efectuarea de mici modificări ale combinațiilor promițătoare și verificarea dacă au un efect pozitiv sau negativ. Astfel, ei identifică și urmează calea spre materiale din ce în ce mai bune. Printre altele, echipa din Bochum efectuează screening evolutiv cu noi biblioteci de materiale la scara micro, mii de materiale produse simultan sunt expuse la condiții electrochimice extreme pentru a identifica cele care pot supraviețui foarte repede. Pe baza acestor date, se produc noi biblioteci de materiale pe care cercetătorii din Erlangen le examinează în mod intens pentru performanța lor electrochimică. Echipa din Berna va folosi cele mai bune combinații de materiale pentru a produce catalizatori sub formă de nanoparticule care ar putea fi transferați la aplicații.
DEMI va aduce contribuții importante pentru creșterea semnificativă a eficienței electroliților și a celulelor de combustibil cu noi materiale de catalizatori, reducând astfel costurile tehnologiilor.
“Înțelegem mult mai bine activitatea catalizatorilor decât înțelegem stabilitatea. Putem avea diferite ipoteze cu privire la ceea ce determină stabilitatea, dar este nevoie de combinația de diferite abordări pe care le avem în DEMI pentru a dezvolta o teorie a metastabilității”, explică Jan Rossmeisl. Scopul cercetătorilor este să găsească materiale care să poată funcționa mult timp sub sarcină. “Materialele anterior descrise erau uneori foarte eficiente, dar și-au pierdut rapid capacitățile în aplicații, așa că nu au ajuns niciodată în practică”, explică Alfred Ludwig, care avansează, de asemenea, în designul de noi materiale pentru sistemele energetice durabile în calitate de Director al Centrului pentru Materiale de Înaltă Performanță Dominat de Interfețe (Zentrum für Grenzflächendominierte Höchstleistungswerkstoffe, ZGH) și Centrul de Cercetare Materiale și Sisteme Energetice Viitoare. “Prin urmare, obiectivul nostru este de a găsi un sistem metastabil care să ofere o bună performanță catalitică pe termen lung.”
“Cu abordarea noastră interconectată bazată pe date, ne străduim în DEMI pentru o avansare în înțelegerea metastabilității interfețelor”, explică Karl Mayrhofer. “Acest lucru va duce la catalizatori cu o performanță integrală ridicată pe toată durata de viață.” “Stabilitatea catalizatorilor nu este foarte des subiectul cercetării. Aceasta se schimbă cu proiectul nostru”, explică Matthias Arenz. “Ne așteptăm să găsim atât insight-uri fundamentale, cât și catalizatori noi pentru tranziția energetică.”
Trei reacții sunt deosebit de importante pentru aplicații: Pentru celulele de combustibil, reacția de reducere a oxigenului, care este deja bine înțeleasă, și reacția de evoluție a oxigenului – OER pe scurt. Aceasta din urmă este considerată o reacție cheie, deoarece are loc în condiții atât de dificile încât aproape toți catalizatorii anteriori se dizolvă într-un timp scurt. A treia reacție importantă este reacția de reducere a CO2. Aici este vorba mai puțin despre durabilitatea catalizatorilor și mai mult despre selectivitatea lor, deoarece se dorește convertirea CO2 în alte substanțe care pot fi utilizate în mod sensibil, cât mai eficient și exclusiv posibil.
Cu această categorie, Consiliul European de Cercetare ERC finanțează proiecte științifice revoluționare din punct de vedere științific, realizate de cercetători de top consacrați care nu pot fi abordate de o singură echipă de cercetare. Premiul poate fi câștigat numai ca echipă.
