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Die Forscher setzten eine elektrochemische Wasserstoffpumpe ein, um Wasserstoff sowohl zu trennen als auch zu komprimieren. Dabei erzielten sie eine R\u00fcckgewinnungsrate von 85 % aus Brenngasmischungen, die als Syngas bezeichnet werden, und eine R\u00fcckgewinnungsrate von 98,8 % aus dem Ausgangsstrom eines herk\u00f6mmlichen Wassergasverschiebungsreaktors – der h\u00f6chste Wert, der jemals gemessen wurde. Das Team hat seinen Ansatz in ACS Energy Letters <\/em>ausf\u00fchrlich beschrieben . <\/em><\/p>\n\n\n\n Herk\u00f6mmliche Methoden zur Wasserstoffabtrennung verwenden einen Wassergasverschiebungsreaktor, der einen zus\u00e4tzlichen Schritt beinhaltet, so Arges. Der Wassergasverschiebungsreaktor wandelt zun\u00e4chst Kohlenmonoxid in Kohlendioxid um, das dann einen Absorptionsprozess durchl\u00e4uft, um den Wasserstoff davon zu trennen. Anschlie\u00dfend wird der gereinigte Wasserstoff mit Hilfe eines Kompressors unter Druck gesetzt, um ihn sofort zu verwenden oder zu speichern.<\/p>\n\n\n\n Der Schl\u00fcssel, so Arges, liegt in der Verwendung von protonenselektiven Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembranen (PEM), die Wasserstoff schnell und kosteng\u00fcnstig von Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und anderen Gasmolek\u00fclen trennen k\u00f6nnen. Die elektrochemische Pumpe, die mit der PEM und anderen von Arges entwickelten neuen Materialien ausgestattet ist, ist effizienter als herk\u00f6mmliche Methoden, da sie gleichzeitig Wasserstoff aus Gasgemischen abtrennt und verdichtet. Au\u00dferdem kann sie bei Temperaturen von 200 bis 250 Grad Celsius arbeiten – 20 bis 70 Grad h\u00f6her als andere elektrochemische Hochtemperatur-PEM-Pumpen -, was ihre F\u00e4higkeit verbessert, Wasserstoff von unerw\u00fcnschten Gasen zu trennen.<\/p>\n\n\n\n “Dies ist ein effektiver und potenziell kostensparender Weg zur Reinigung von Wasserstoff, insbesondere bei hohem Kohlenmonoxidgehalt”, so Arges<\/strong>. “Niemand hat jemals Wasserstoff in diesem Ausma\u00df mit einer elektrochemischen Wasserstoffpumpe aus einem Gas gereinigt, das mehr als 3 % Kohlenmonoxid enthielt, und wir haben dies mit Mischungen erreicht, die bis zu 40 % Kohlenmonoxid enthalten, indem wir eine relativ neue Klasse von Hochtemperatur-PEM- und Elektroden-Ionomerbindematerialien verwendet haben”.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n F\u00fcr die Trennung hat das Team von Arges ein Elektroden-“Sandwich” entwickelt, bei dem die Elektroden mit entgegengesetzten Ladungen das “Brot” und die Membran das “Delikatessenfleisch” bilden. Die ionomeren Bindemittel der Elektroden sollen die Elektroden zusammenhalten, \u00e4hnlich wie der Kleber des Brotes.<\/p>\n\n\n\n In der Pumpe spaltet die positiv geladene Elektrode, die Brotscheibe, den Wasserstoff in zwei Protonen und zwei Elektronen auf. Die Protonen wandern durch die Membran oder das Delikatessenfleisch, w\u00e4hrend die Elektronen \u00fcber einen Draht, der die positiv geladene Elektrode ber\u00fchrt, durch die Pumpe nach au\u00dfen wandern. Die Protonen wandern dann durch die Membran zur negativ geladenen Elektrode und rekombinieren mit den Elektronen, um den Wasserstoff wieder zu bilden.<\/p>\n\n\n\n Die PEM funktioniert, indem sie Protonen durchl\u00e4sst, aber gr\u00f6\u00dfere Molek\u00fcle wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan und Stickstoff daran hindert, durchzukommen, so Arges. Damit die Elektroden in der Wasserstoffpumpe effektiv arbeiten k\u00f6nnen, haben Arges und sein Team ein spezielles Phosphons\u00e4ure-Ionomer-Bindemittel synthetisiert, das als Klebstoff fungiert und die Elektrodenpartikel zusammenh\u00e4lt.<\/p>\n\n\n\n “Mit diesem Bindemittel l\u00e4sst sich eine mechanisch robuste, por\u00f6se Elektrode herstellen, die den Gastransport erm\u00f6glicht, so dass Wasserstoff auf der Oberfl\u00e4che des Elektrokatalysators reagieren kann und gleichzeitig Protonen zur und von der Membran transportiert werden”, so Arges<\/strong>.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n Die Forscher wollen untersuchen, wie ihr Ansatz und ihre Werkzeuge bei der Reinigung von Wasserstoff helfen, wenn dieser in bestehenden Erdgaspipelines gespeichert wird. Die Verteilung und Speicherung von Wasserstoff auf diese Weise wurde noch nie durchgef\u00fchrt, ist aber sehr interessant, so Arges. Er erl\u00e4uterte, dass Wasserstoff bei der Erzeugung von elektrischem Strom \u00fcber Brennstoffzellen oder Turbinengeneratoren helfen k\u00f6nnte, um Solar- oder Windenergiesysteme und eine Vielzahl von nachhaltigeren Anwendungen zu unterst\u00fctzen.<\/p>\n\n\n\n “Die Herausforderung besteht darin, dass Wasserstoff in geringen Konzentrationen in der Pipeline gespeichert werden muss – weniger als 5 % -, da er die Pipeline zersetzen kann, aber die Endanwendungen erfordern mehr als 99 % reinen Wasserstoff”, so Arges<\/strong>.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n W\u00e4hrend seiner Zeit an der Louisiana State University hat Arges zwei US-Patentanmeldungen f\u00fcr die in dieser Forschung verwendeten Komponenten eingereicht. Das eine bezieht sich auf Hochtemperatur-PEMs, das andere auf die elektrochemische Wasserstoffpumpe, die Hochtemperatur-PEMs und Phosphons\u00e4ure-Ionomer als Elektrodenbinder verwendet. Derzeit lizenziert er die Technologie f\u00fcr ein Start-up-Unternehmen namens Ionomer Solutions LLC, das er gemeinsam mit seiner Frau Hiral Arges gegr\u00fcndet hat.<\/p>\n\n\n\nOriginalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n