日本の理化学研究所の研究者たちは、コスト効率が良く持続可能な方法で水素を製造する新たな手法を発見しました。
彼らは、一般的な金属であるマンガンを改良し、貴金属であるイリジウムの必要性を排除した効率的なPEM電解槽を開発しました。
この革新は、水素生産を促進する一方で、コストを削減し、より環境に優しい未来を実現する方向へと進んでいます。
現在、スペインのような国々では、再生可能エネルギーを用いて水を電気分解し、緑の水素を生産していますが、日本では持続可能なスケールでこのエネルギーを生産する新たな方法を見出しました。
最近、PEM電解槽が効率性が高く、間欠的なエネルギー源に迅速に対応できることから、最も一般的な水素の生産方法となっています。
しかし、PEM電解槽は高価で、酸における腐食に耐える効率的な触媒が必要であり、そのためにプラチナやイリジウムなどの希少で高価な金属が必要とされています。
イリジウム触媒の優れた特性は、酸素変換反応を長引かせ、大量の水素を生産する能力にあります。
しかし、日本の理化学研究所の研究者たちは、同じ機能を持つ安価な材料が存在することを発見しました。
研究者たちは、マンガンの三次元構造を改良し、希少金属を使用しない持続可能で効率的なPEM電解槽を初めて作り出しました。
彼らはマンガン酸化物（MnO2）触媒を開発し、その格子構造を操作することで、酸素原子と強い結合を形成することに成功しました。
この改良されたMnO2は、他の非貴金属触媒よりも安定性が高く、水との反応を長時間維持し、従来の触媒よりも1,000%多くの水素を生成すると報告されています。
また、Nature Catalysisに発表された研究によると、MnO2は他の安価な触媒の寿命を40倍も延ばすことができるとされています。
研究者たちは、この材料が酸の中での溶解に対してより耐性があり、反応中もより安定であることを発見しました。
実験室でのテストでは、この触媒は200 mA/cm²の条件下で1,000時間以上動作し、他の材料よりも10倍の水素を生成しました。
将来的には、マンガン構造のさらなる改良により、材料がサポートする電流密度や触媒の寿命をさらに増加させることが可能であり、最終的には水の電気分解をイリジウムフリーにすることを目指しています。
この発見は、化石燃料に依存しないエネルギー未来に向けた重要な一歩であり、緑の水素の生産を広く普及させる可能性を秘めています。
理化学研究所の成果は、経済的で環境に優しい持続可能なエネルギー生産の実現に向けて、さらなる可能性を示唆しています。
画像の出所：economictimes