Τα αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν κυψέλες καυσίμων αποτελούν μια πράσινη πρόταση που μπορεί να προσφέρει λύση στο πρόβλημα των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και την ενεργειακή κρίση. Παρ’ όλα αυτά δεν έχουν ακόμη κατορθώσει να «περπατήσουν» εμπορικά, και μια από τις αιτίες είναι το υψηλό κόστος τους. Τα πράγματα όμως μπορεί σύντομα να αλλάξουν χάρη στην ανακάλυψη ενός νέου νανοκαταλύτη ο οποίος, μειώνοντας θεαματικά τη χρήση πλατίνας στην κατασκευή των κυψελών καυσίμων, φιλοδοξεί να δώσει εντυπωσιακή ώθηση στα καθαρά αυτοκίνητα.
Το νανοκράμα από πλατίνα (γκρίζο) και ύττριο (μπλε) δημιουργήθηκε μέσα σε θάλαμο κενού με τη μέθοδο της καθοδικής διασκόρπισης (sputtering): πλάσμα (μοβ) διοχετεύεται σε ένα κομμάτι πλατίνας στο οποίο έχουν προσδεθεί μικρά κομμάτια υττρίου (λευκό). Τα φιλμ του κράματος, πάχους ενός νανομέτρου, μετατρέπουν το οξυγόνο (κόκκινο) και τα πρωτόνια (άσπρο) σε νερό. Η αντίδραση αυτή κάνει την κυψέλη καυσίμου να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα
Οι πρώτες εμπορικά λειτουργικές κυψέλες καυσίμων εμφανίστηκαν πριν από περίπου μισό αιώνα, όμως σε όλο αυτό το διάστημα για διάφορους λόγους δεν μπόρεσαν να κατακτήσουν την αγορά. Στην παρούσα φάση ένας σημαντικός ανασταλτικός παράγοντας είναι το γεγονός ότι οι καταλύτες των σημερινών κυψελών καυσίμων απαιτούν τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων πλατίνας, η οποία αποτελεί ένα από τα σπανιότερα και ακριβότερα μέταλλα στον πλανήτη. Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας Τσάλμερς της Σουηδίας και το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας προσφέρουν λύση σε αυτό ακριβώς το πρόβλημα. Επινοώντας μια νέα τεχνική δημιούργησαν ένα νανοκράμα με πολύ χαμηλή πρόσμειξη πλατίνας. Το νέο υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης στις κυψέλες καυσίμων, επιτυγχάνοντας εξίσου καλές αποδόσεις με πολύ χαμηλότερο κόστος.
«Μια λύση βασισμένη στη νανοτεχνολογία είναι αναγκαία ώστε να καταστεί δυνατή η μαζική παραγωγή αποδοτικών από την άποψη των πρώτων υλών καταλυτών για κυψέλες καυσίμων» δήλωσε ο Μπγιορν Βίκμαν από το Τμήμα Φυσικής του Τσάλμερς, εκ των επικεφαλής της μελέτης που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Advanced Materials Interfaces». «Με τη μέθοδό μας απαιτείται μόνο το ένα δέκατο της πλατίνας που χρειάζεται συνήθως, για τις πλέον απαιτητικές αντιδράσεις. Αυτό μπορεί να μειώσει την ποσότητα της πλατίνας που απαιτείται για μια κυψέλη καυσίμων κατά 70%». Οπως επισημαίνει ο ερευνητής, με μια τόσο δραματική μείωση η ποσότητα πολύτιμου μετάλλου που θα χρειάζεται πλέον μια κυψέλη καυσίμων είναι ίδια με αυτή που χρειάζεται ο καταλύτης ενός συμβατικού αυτοκινήτου. «Ελπίζουμε ότι αυτή η εξέλιξη θα επιτρέψει στις κυψέλες καυσίμων να υποκαταστήσουν τα ορυκτά καύσιμα και να λειτουργήσουν συμπληρωματικά στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα» πρόσθεσε.
Πρόσμειξη με άλλα μέταλλα
Ερευνες που είχαν γίνει στο παρελθόν είχαν δείξει ότι η ποσότητα πλατίνας σε μια κυψέλη καυσίμων θα μπορούσε να μειωθεί αν τα πολύτιμο μέταλλο αναμειγνυόταν με άλλα μέταλλα όπως το ύττριο. Ωστόσο μέχρι τώρα κανείς δεν είχε κατορθώσει να δημιουργήσει τέτοιου είδους κράματα σε μορφή νανοσωματιδίων κατάλληλα ώστε να χρησιμοποιηθούν για μαζικής κλίμακας παραγωγή. Το βασικό πρόβλημα που συναντούσαν οι επιστήμονες ήταν το γεγονός ότι το ύττριο δεν αναμειγνύεται εύκολα με την πλατίνα για να δημιουργήσει κράμα – αντιθέτως οξειδώνεται.
Αυτόν ακριβώς τον σκόπελο προσπάθησαν να ξεπεράσουν οι ερευνητές από τη Σουηδία και τη Δανία αναμειγνύοντας τα μέταλλα σε έναν θάλαμο κενού με τη χρήση μιας μεθόδου που είναι γνωστή ως καθοδική διασκόρπιση (sputtering). Ετσι κατόρθωσαν να δημιουργήσουν ένα νέο κράμα πλατίνας-υττρίου σε μορφή φιλμ με πάχος ενός νανομέτρου, το οποίο ανοίγει τον δρόμο για τη μαζική παραγωγή καταλυτών για κυψέλες καυσίμου.
Προκειμένου να «δεχθούν» το νέο νανοκράμα οι σημερινές κυψέλες καυσίμων χρειάζονται μια μικρή μετατροπή, όμως οι επιστήμονες – και όχι μόνο – θεωρούν ότι κάτι τέτοιο αξίζει τον κόπο. «Οταν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε καλύτερα τους πόρους μας δεν ωφελούμε μόνο το περιβάλλον αλλά μειώνουμε και το κόστος» υπογράμμισε ο Νίκλας Λίνταλ, ερευνητής στο Τσάλμερς και μέλος της ομάδας. «Οι κυψέλες καυσίμων μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική χρησιμοποιώντας οξυγόνο και υδρογόνο, με μόνο προϊόν το νερό. Εχουν τεράστιες δυνατότητες όσον αφορά την παροχή ενεργειακά βιώσιμων λύσεων στις μεταφορές, στις φορητές ηλεκτρονικές συσκευές και στην ηλεκτροδότηση».
