Badania przeprowadzone przez naukowców z Max Planck Institute otwierają drzwi do przełomu w produkcji wodoru – jednego z najbardziej pożądanych czystych paliw. Kluczem do sukcesu są topologiczne kryształy chiralne, które dzięki swojej wyjątkowej strukturze elektronowej przyspieszają poszczególne etapy procesu rozkładu wody. Materiały te, zawierające metale, takie jak rod i bizmut, wykorzystują unikalne właściwości kwantowe do kontrolowania spinu elektronów, co znacząco zwiększa wydajność reakcji chemicznych.
Czytaj też: Światło zamiast spalin. Przełomowa metoda produkcji wodoru
Dr Xia Wang z Max Planck Institute mówi:
Te kryształy są w zasadzie maszynami kwantowymi. Wykorzystując unikalne właściwości spinowe elektronów, stworzyliśmy katalizator, który przewyższa tradycyjne materiały o współczynnik 200.
Kryształy chiralne przyspieszają proces produkcji wodoru aż 200 razy
Zielony wodór, wytwarzany za pomocą energii odnawialnej, od lat postrzegany jest jako rozwiązanie kluczowe w walce z kryzysem klimatycznym. Dotychczas jednak jego produkcja była kosztowna i mało wydajna, co ograniczało możliwości wdrożenia na szeroką skalę. Nowa technologia może to zmienić.
Czytaj też: Produkcja wodoru nigdy nie była tak prosta. Sztuczna fotosynteza lepsza niż w naturze
Topologiczne kryształy chiralne, składające się z rodu i pierwiastków takich jak krzem, cyna i bizmut, mają unikalną strukturę atomową, która jest asymetryczna – mogą mieć układ lewoskrętny lub prawoskrętny. To pozwala im manipulować spinem elektronów w sposób, który przyspiesza reakcje chemiczne.
W przypadku produkcji wodoru, te kryształy umożliwiają skuteczniejsze przenoszenie elektronów do reakcji wydzielania tlenu, co przyspiesza rozkład wody. Efekt ten zwiększa wydajność procesu elektrolizy, co może zrewolucjonizować produkcję wodoru, czyniąc ją tańszą i bardziej efektywną. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Energy.
Eksperci zwracają uwagę na potencjalne ograniczenia, takie jak wysoka cena rzadkich metali używanych w obecnych wersjach kryształów. Trwają jednak prace nad zastąpieniem ich bardziej dostępnych materiałami, co w przyszłości może uczynić technologię jeszcze bardziej zrównoważoną. Odkrycie kryształów chiralnych nie jest tylko sukcesem w dziedzinie chemii czy fizyki materiałowej, lecz dowodem na to, jak fundamentalne badania naukowe przekładają się na realne korzyści dla społeczeństwa.
Dr Xia Wang dodaje:
To odkrycie to przykład tego, jak teoria kwantowa znajduje zastosowanie w praktyce, zmieniając sposób myślenia o produkcji czystej energii.
Opracowanie bardziej wydajnych metod produkcji wodoru wpisuje się w szersze działania mające na celu walkę ze zmianami klimatu. Dzięki takim przełomowym rozwiązaniom możliwe staje się zbliżenie do celów neutralności węglowej, co jest priorytetem dla wielu krajów i organizacji na całym świecie. Zastosowanie technologii kryształów chiralnych w praktyce mogłoby znacząco przyspieszyć transformację energetyczną i zapewnić stabilne źródła czystej energii dla przyszłych pokoleń.