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 vodikov plin.
Istraživanje predvodi profesor hemijskog inženjerstva Xiaowei Teng, koji je predstavio obećavajuće rješenje za dugogodišnji izazov u elektrolizi uree.
Urea je uobičajeno poljoprivredno gnojivo bogato azotom, a također je nusproizvod ljudskog metabolizma te predstavlja izazov za okoliš kada je prisutna u vodi u prevelikim količinama. Poljoprivredne vode i ispuštanje otpadnih voda bogatih ureom daje doprinos štetnom cvjetanju alhi 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 vodika, čine je potencijalnim kandidatom za skladištenje i proizvodnju vodika.
Slabost u korištenju uree za proizvodnju vodika je nedostatak jeftinih i visoko efikasnih elektrokatalizatora, koji selektivno oksidiraju ureu umjesto vode. Teng i njegov tim na WPI-ju su se pozabavili ovim izazovom te 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 dio struje je nastao od neželjene oksidacije vode”, kazao je Teng.
Kompjuterske simulacije koje je proveo profesor Aaron Deskins podržavaju eksperimentalne nalaze te pokazuju da homogeno miješanje oksida nikla i kobalta i hidroksida olakšava preraspodjelu elektrona, optimizirajući katalizatore za vezivanje s ureom i molekulama vode.
Primjene ovog otkrića su ogromne. Urea je glavno azotno đubrivo i dodatak stočnoj hrani, koji se komercijalno proizvodi desetljećima. Samo 2021. godine je proizvedeno 180 tona. Otkrića tima bi mogla dovesti do revolucije u načinu korištenja uree, ne samo u proizvodnji hidrogenskog goriva iz otpadnih voda, nego i doprinijeti dugoročnoj održivosti ekoloških sistema.
Istraživanje otvara nove mogućnosti za vodeno – energetski neksus, pružajući ekološki prihvatljiv pristup tretmanu vode i proizvodnji vodika.
