Nowy katalizator dla mikrobiologicznych ogniw paliwowych

Profesorowie Junhong Chen i Zhen He z University of Wisconsin-Milwaukee zidentyfikowali katalizator dla mikrobiologicznych ogniw paliwowych (MFC), który jest równie wydajny jak obecnie używane katalizatory oparte na platynie, a jednocześnie jest 20-krotnie tańszy.

Ponad 60% ceny MFC stanowi cena użytej platyny. Nowy katalizator może zatem pomóc w znacznym obniżeniu cen tego typu urządzeń oraz, co za tym idzie, ceny energii pozyskiwanej z MFC.

Wspomnianym katalizatorem są wzbogacone azotem nanopręciki żelazno-węglowe. Prawdopodobnie taki sam katalizator można by zastosować w miejsce platyny w mikrobiologicznych ogniwach elektrolitycznych (MEC) wykorzystywanych do produkcji wodoru.

Inna alternatywną dla platyny są katalizatory bazujące na grafenie, jednak, jak się okazało, wynalazek Chena i He jest bardziej wydajny. Prowadzone przez pół roku testy porównawcze nanopręcików żelazno-węglowych z azotem oraz dwóch innych alternatywnych technologii wykazały wyższość pierwszego katalizatora. Nanopręciki są stabilne i skalowalne. Jednak, jak podkreśla Chen, potrzebne są dalsza badania nad uproszczeniem metod masowej produkcji oraz nad ich długoterminową wydajnością.

Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe generują energię ze ścieków. Na anodzie umieszczone są kolonie bakterii, które żywią się materią organiczną, uwalniając elektrony. Na katodzie zachodzi niezwykle ważna reakcja redukcji tlenu. Platyna ją przyspiesza. Podobnie działają MEC, z tym, że zamiast elektryczności produkują wodór.

W projekcie Chena i He użyto węglowych nanopręcików, których rdzeń wykonany jest z węgliku żelaza. Na powierzchni pręcików znajduje się azot, o którym od dawna wiadomo, że powoduje katalizę. Węglik żelaza, również znany katalizator, reaguje z węglem na powierzchni i zapewnia komunikację z rdzeniem. Dodatkowo unikatowa struktura nanopręcików jest optymalnie przystosowana do transportu elektronów, co jest z kolei niezwykle ważne dla reakcji redukcji tlenu.

Nanopręciki sprawują się lepiej niż platyna tylko w MFC. W MEC są mniej wydajne, chociaż wydajniejsze od grafenu.