Shkencëtarët e Institutit Politeknik Worcester (WPI) kanë ndërmarrë një hap të rëndësishëm drejt vizionit të tyre për të zhvilluar një material nga uji i ndotur dhe ka potencialin për ta kthyer atë në gaz hidrogjeni.

Hulumtimi drejtohet nga profesori i inxhinierisë kimike, Xiaowei Teng, i cili paraqiti një zgjidhje premtuese për një sfidë të gjatë në elektrolizën e uresë.

Ureja është një pleh i zakonshëm bujqësor i pasur me azot dhe është gjithashtu një nënprodukt i metabolizmit të njeriut dhe përbën një sfidë për mjedisin kur është e pranishme në ujë në sasi të tepërta. Ujërat bujqësore dhe shkarkimi i ujërave të zeza të pasura me ure kontribuojnë në lulëzimin e dëmshëm të algave dhe zonat e vdekura hipoksi, të cilat ndikojnë negativisht në mjedisin ujor dhe shëndetin e njeriut.

Megjithatë, vetitë unike të uresë, si natyra e saj jo toksike, tretshmëria e lartë në ujë dhe përmbajtja e konsiderueshme e hidrogjenit, e bëjnë atë një kandidat të mundshëm për ruajtjen dhe prodhimin e hidrogjenit.

Dobësia në përdorimin e uresë për prodhimin e hidrogjenit është mungesa e elektrokatalizatorëve të lirë dhe me efikasitet të lartë, të cilët oksidojnë në mënyrë selektive ure në vend të ujit. Teng dhe ekipi i tij në WPI e trajtuan këtë sfidë dhe krijuan elektrokatalizatorë të përbërë nga atome të nikelit dhe kobaltit që ndërveprojnë në mënyrë sinergjike me strukturat unike elektronike.

Ekipi u fokusua në oksidet homogjene të nikelit dhe kobaltit dhe zbuloi se përshtatja e strukturave elektronike unike me speciet dominuese Ni2+ dhe Co3+ ishte çelësi për rritjen e aktivitetit elektrokimik dhe selektivitetit për oksidimin e uresë.

“Ky konfigurim elektronik është një faktor kyç për përmirësimin e selektivitetit të oksidimit të urea, sepse vërejmë se një valencë më e lartë e nikelit, si Ni3+, ndihmon vërtet në krijimin e një reagimi të shpejtë me një rrymë të fortë dalëse, megjithatë, një pjesë e madhe e Rryma erdhi nga oksidimi i padëshiruar i ujit”, tha Teng.

Simulimet kompjuterike të kryera nga profesori, Aaron Deskins mbështesin gjetjet eksperimentale dhe tregojnë se përzierja homogjene e oksideve dhe hidroksideve të nikelit dhe kobaltit lehtëson rishpërndarjen e elektroneve, duke optimizuar katalizatorët për lidhjen me ure dhe molekulat e ujit.

Aplikimet e këtij zbulimi janë të mëdha. Ureja është plehrat dhe aditivë kryesor i azotit, i cili është prodhuar komercialisht për dekada. Vetëm në vitin 2021 janë prodhuar 180 tonë. Zbulimet e ekipit mund të dërgojnë në një revolucion në mënyrën se si përdoret ureja, jo vetëm në prodhimin e karburantit të hidrogjenit nga ujërat e zeza, por gjithashtu kontribuojnë në qëndrueshmërinë afatgjatë të sistemeve ekologjike.

Hulumtimi hap mundësi të reja për lidhjen ujë-energji, duke ofruar një qasje miqësore me mjedisin për trajtimin e ujit dhe prodhimin e hidrogjenit.