Naučnici s Politehničkog instituta Worcester (WPI) su napravili značajan korak prema viziji da razviju materijal koji uklanja ureu iz vode i koji ima potencijal da je pretvori u vodonikov plin.
Istraživanje predvodi profesor hemijskog inženjerstva Xiaowei Teng, koji je predstavio obećavajuće rešenje za dugogodišnji izazov u elektrolizi uree.
Urea je uobičajeno poljoprivredno gnojivo bogato azotom, a takođe je nusproizvod ljudskog metabolizma te predstavlja izazov za okolinu kada je prisutna u vodi u prevelikim količinama. Poljoprivredne vode i ispuštanje otpadnih voda bogatih ureom daje doprinos štetnom cvetanju algi i hipoksičnim mrtvim zonama, što štetno utiče na vodenu sredinu i zdravlje ljudi.
Međutim, jedinstvena svojstva uree, kao što su njena netoksična priroda, visoka rastvorljivost u vodi i značajan sadržaj vodonika, čine je potencijalnim kandidatom za skladištenje i proizvodnju vodonika.
Slabost u korišćenju uree za proizvodnju vodonika je nedostatak jeftinih i visoko efikasnih elektrokatalizatora, koji selektivno oksidiraju ureu umesto vode. Teng i njegov tim na WPI-ju su se pozabavili ovim izazovom pa su kreirali elektrokatalizatore sastavljene od atoma nikla i kobalta u sinergijskoj interakciji s jedinstvenim elektronskim strukturama.
Tim se fokusirao na homogene okside nikla i kobalta te je otkrio da je krojenje unikatnih jedinstvenih elektronskih struktura s dominantnim Ni2+ i Co3+ vrstama bilo ključno za povećanje elektrohemijske aktivnosti i selektivnosti za oksidaciju uree.
„Ova elektronska konfiguracija je ključni faktor za poboljšanje selektivnosti oksidacije uree, jer primjećujemo da viša valencija nikla, kao što je Ni3+, zaista pomaže u stvaranju brze reakcije s jakom izlaznom strujom, međutim, veliki deo struje je nastao od neželjene oksidacije vode“, kazao je Teng.
Kompjuterske simulacije koje je proveo profesor Aaron Deskins podržavaju eksperimentalne nalaze i pokazuju da homogeno mešanje oksida nikla i kobalta i hidroksida olakšava preraspodelu elektrona, optimizujući katalizatore za vezivanje s ureom i molekulama vode.
Primene ovog otkrića su ogromne. Urea je glavno azotno đubrivo i dodatak stočnoj hrani, koji se komercijalno proizvodi decenijama. Samo 2021. godine je proizvedeno 180 tona. Otkrića tima bi mogla dovesti do revolucije u načinu korišćenja uree, ne samo u proizvodnji hidrogenskog goriva iz otpadnih voda, nego i doprineti dugoročnoj održivosti ekoloških sistema.
Istraživanje otvara nove mogućnosti za vodeno – energetski neksus, pružajući ekološki prihvatljiv pristup tretmanu vode i proizvodnji vodonika.
