Katalis Revolusioner Secara Dramatis Meningkatkan Efisiensi Produksi Hidrogen Ramah Lingkungan

Institut Penelitian Standar dan Sains Korea, Daejeon, Korea Selatan

Hidrogen hijau, yang dihasilkan melalui elektrolisis air, merupakan sumber energi generasi berikutnya yang ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polutan seperti karbon dioksida selama produksi. Katalis memainkan peran penting dalam proses elektrolisis air, memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Efisiensi produksi hidrogen ramah lingkungan sangat bergantung pada kinerja katalis ini. Oleh karena itu, komersialisasi hidrogen ramah lingkungan bergantung pada pengembangan katalis hemat biaya yang mampu mempertahankan kinerja tinggi dalam jangka waktu lama.

Para peneliti di Korea telah berhasil mengembangkan material baru yang secara signifikan meningkatkan efisiensi produksi hidrogen ramah lingkungan sekaligus mengurangi biaya.

Institut Penelitian Standar dan Sains Korea (KRISS) telah mengembangkan katalis logam dasar berkinerja tinggi untuk digunakan dalam elektrolisis air membran penukar anion (AEM). Katalis yang baru dikembangkan ini tidak hanya lebih terjangkau dibandingkan katalis alternatif berbasis logam mulia namun juga menunjukkan kinerja yang unggul, sehingga membawa komersialisasi hidrogen ramah lingkungan selangkah lebih dekat.

Saat ini, sistem elektrolisis air AEM sebagian besar mengandalkan katalis logam mulia seperti platina (Pt) dan iridium (Ir). Namun, tingginya biaya bahan-bahan ini dan kerentanannya terhadap degradasi secara signifikan meningkatkan biaya produksi hidrogen. Untuk mengatasi tantangan ini, pengembangan katalis logam dasar yang tahan lama dan terjangkau sangatlah penting.

Grup Metrologi Material Berkembang KRISS telah berhasil mengembangkan katalis logam dasar dengan memasukkan sejumlah kecil rutenium (Ru) ke dalam molibdenum dioksida dengan struktur nikel molibdenum (MoO 2-Ni4Mo). Meskipun molibdenum dioksida menawarkan konduktivitas listrik yang tinggi, penggunaannya sebagai katalis elektrolisis air masih terbatas karena degradasi dalam lingkungan basa.

Melalui analisis struktur yang komprehensif, para peneliti mengidentifikasi adsorpsi ion hidroksida (OH-) pada molibdenum dioksida sebagai penyebab utama degradasi.

Berdasarkan temuan ini, mereka merancang metode untuk memasukkan rutenium pada rasio optimal untuk mencegah degradasi molibdenum dioksida. Nanopartikel rutenium yang dihasilkan, berukuran kurang dari 3 nanometer, membentuk lapisan tipis pada permukaan katalis, mencegah degradasi dan meningkatkan daya tahan.

Evaluasi kinerja menunjukkan bahwa katalis yang baru dikembangkan menawarkan daya tahan empat kali lipat dan aktivitas enam kali lipat dibandingkan bahan komersial yang sudah ada.

Selain itu, ketika diintegrasikan dengan sel surya tandem perovskit-silikon, katalis tersebut mencapai efisiensi solar-ke-hidrogen yang luar biasa sebesar 22,8 persen, sehingga menunjukkan kompatibilitas yang kuat dengan sumber energi terbarukan.

Katalis juga menunjukkan aktivitas dan stabilitas tinggi dalam air garam, menghasilkan hidrogen berkualitas tinggi. Kemampuan ini diharapkan dapat mengurangi biaya desalinasi secara signifikan.

Sun Hwa Park, Peneliti Utama di KRISS Emerging Material Metrology Group, mengatakan, "Saat ini, produksi hidrogen hijau memerlukan air yang dimurnikan, namun penggunaan air laut dapat menurunkan biaya desalinasi secara signifikan. Kami berencana untuk melanjutkan penelitian kami di bidang ini."

Penelitian ini didukung oleh Program Lab KRISS MPI dan dilakukan bekerja sama dengan tim Profesor Ho Won Jang di Universitas Nasional Seoul dan tim Dr. Sung Mook Choi di Institut Ilmu Material Korea.

Temuan ini dipublikasikan dalam Applied Catalysis B:Environmental and Energy edisi Juli (IF:20.2), jurnal terkemuka di bidang teknik kimia.

Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Eunhye Bae di Alamat email ini dilindungi dari robot spam. Anda perlu mengaktifkan JavaScript untuk melihatnya..