A breakthrough has been made in the development of clean hydrogen power, scientists claim. At the moment, while hydrogen fuel is appealing, the production of hydrogen is incredible difficult - requiring huge amounts of energy. But the researchers say they have made a new material that can generate hydrogen from water, meaning it is less reliant on fossil fuels. Hydrogen-fuel is appealing for use in cars like the Vauxhall Zafira minivan pictured, but producing hydrogen requires huge amounts of energy. With the new breakthrough, it could be possible to make it more easily . Researchers at the University of Bath and Yale University created the invention. It uses a newly designed molecular catalyst to split water in an electrolyser and create clean and storable hydrogen fuel. Lead research Dr Ulrich Hintermair told MailOnline that the main problem with the production of hydrogen through a process known as water electrolysis was the waste oxygen it produces. Water splitting is an electro-chemical process in which two electrodes generate oxygen and hydrogen from water, respectively. The energy required to drive this process gets locked up in the hydrogen as the fuel with oxygen as a by-product. A fuel cell can then harness the energy again elsewhere by recombining the two. The new patented catalyst is more efficient at performing the crucial oxidation half of the reaction than any other existing material, minimising energy losses in the electricity-to-hydrogen conversion process. It can be directly applied to various electrode surfaces in a straightforward and highly economical manner. The process splits water into hydrogen and oxygen but, while the first part can be done quite efficiently, the latter was more difficult and lots of energy is lost. With this in mind the team designed a catalyst - a substance that alters the speed of the chemical reaction - to improve the efficiency. ‘Oxygen is the most difficult bit,’ Dr Hintermair explained. Their catalyst, placed on an electrode used in the production of hydrogen, is much more efficient - and although Dr Hintermair didn’t have an exact figure, he said the energy loss using it is ‘almost non-existent’. The major benefit from this breakthrough is that hydrogen could now be used more easily as a way to store energy from renewable sources like wind and solar. ‘We can make electricity out of sunlight and wind, low carbon renewable sources, but we can’t store it very well,’ Dr Hintermair continued. ‘We can put it in a battery but you can’t, for example, fly an airplane on a battery yet. ‘So we need to convert it into a chemical fuel, and for that water electrolysis is a key technology because we can take any renewable technology, connect it to an electrolyster and store it in hydrogen, which is a fantastic fuel.’ This, for example, would make hydrogen fuel cells for cars much more economical. On this right in this image is the catalyst being used in the water electrolysis process. The large bubbles are oxygen, while the smaller bubbles on the left are hydrogen . The team are in discussions with a number of energy companies about utilising this technology on a large scale and hope the breakthrough marks the start of contributing to providing the world with more sustainable fuels. ‘In theory it could be used on all systems, but it depends on cost and scale,’ said Dr Hintermair. As regulations tighten on the use of fossil fuels and their emissions, there is a growing focus on the need for cost effective and efficient ways of creating energy carriers from renewable sources. Solar power is thought to be able to provide up to four per cent of the UK's electricity by the end of the decade. However, while the price of photovoltaic technology has dramatically decreased in recent years as demand has risen, solar energy is problematic as it is intermittent, meaning electricity is only created when it is light. One use of the newly developed catalyst could be to store the energy produced by solar power by using the electricity to produce hydrogen which can then be used on demand, regardless of the time of day. Solar power is thought to be able to provide up to four per cent of the UK's electricity by the end of the decade (Wymeswold Solar Farm in Leicestershire, UK shown), but storing it is difficult. This new technology could store energy as hydrogen, which can then be used on demand . Dr Hintermair is a Whorrod research fellow at the Centre for Sustainable Chemical Technologies at the University of Bath. 'Hydrogen is a fantastically versatile and environmentally friendly fuel, however, hydrogen-powered applications are only as "green" as the hydrogen on which they run,' he said. 'Currently, over 90 per cent is derived from fossil fuels. If we want to bring about a clean hydrogen economy we must first generate clean hydrogen. 'This new molecular catalyst will hopefully play a large role in helping create hydrogen from renewable energy sources such as solar power. 'We are also interested in applying this technology to other forms of renewable energy such as tidal, wind and wave power.' Professor Matthew Davidson, head of the department of chemistry, added: 'Splitting water into its constituent parts is deceptively simple chemistry, but doing it in a sustainable way is one of the holy grails of chemistry because it is the key step in the goal of artificial photosynthesis. '[Dr Hintermair's] results are extremely exciting because of their potential for practical application.'
Bath and Yale University scientists reveal clean hydrogen power .
Using a new material they say it can be generated from easily from water .
A new molecular catalyst splits water and makes storable energy .
Breakthrough could provide the world with more sustainable fuels .
פריצת דרך נעשתה בפיתוח של כוח מימן נקי, טוענים מדענים. כרגע, בעוד שדלק מימן מושך, ייצור המימן הוא קשה מאוד - דורש כמויות עצומות של אנרגיה. אבל החוקרים אומרים שהם יצרו חומר חדש שיכול לייצר מימן ממים, כלומר הוא פחות תלוי בדלקים מאובנים. מימן-דלק מושך לשימוש במכוניות כמו המיניוואן Vauxhall Zafira בתמונה, אך ייצור מימן דורש כמויות עצומות של אנרגיה. עם פריצת הדרך החדשה, אפשר יהיה לעשות את זה ביתר קלות. חוקרים מאוניברסיטת באת' ואוניברסיטת ייל יצרו את ההמצאה. הוא משתמש בזרז מולקולרי חדש שעוצב כדי לפצל מים באלקטרוליזר וליצור דלק מימן נקי וניתן לאחסון. מחקר מוביל, ד"ר Ulrich Hintermair, אמר ל-MailOnline שהבעיה העיקרית בייצור מימן בתהליך המכונה אלקטרוליזה של מים היא פסולת החמצן שהוא מייצר. פיצול מים הוא תהליך אלקטרו-כימי שבו שתי אלקטרודות מייצרות חמצן ומימן ממים, בהתאמה. האנרגיה הדרושה להנעת תהליך זה ננעלת במימן כדלק עם חמצן כתוצר לוואי. תא דלק יכול לאחר מכן לרתום את האנרגיה שוב במקום אחר על ידי שילוב מחדש של השניים. הזרז החדש המוגן בפטנט יעיל יותר בביצוע חצי החמצון המכריע של התגובה מאשר כל חומר קיים אחר, וממזער את הפסדי האנרגיה בתהליך ההמרה של חשמל למימן. ניתן ליישם אותו ישירות על משטחי אלקטרודה שונים בצורה פשוטה וחסכונית ביותר. התהליך מפצל מים למימן וחמצן, אך בעוד שהחלק הראשון יכול להיעשות בצורה יעילה למדי, האחרון היה קשה יותר והרבה אנרגיה אובדת. עם זאת, הצוות עיצב זרז - חומר שמשנה את מהירות התגובה הכימית - כדי לשפר את היעילות. "חמצן הוא החלק הקשה ביותר," הסביר ד"ר הינטמאיר. הזרז שלהם, המוצב על אלקטרודה המשמשת לייצור מימן, יעיל הרבה יותר - ולמרות שלד"ר Hintermair לא היה נתון מדויק, הוא אמר שהפסד האנרגיה באמצעותו "כמעט לא קיים". היתרון העיקרי של פריצת דרך זו הוא שניתן להשתמש במימן בקלות רבה יותר כדרך לאגירת אנרגיה ממקורות מתחדשים כמו רוח ושמש. "אנחנו יכולים לייצר חשמל מאור שמש ורוח, מקורות מתחדשים דלי פחמן, אבל אנחנו לא יכולים לאחסן אותו היטב", המשיך ד"ר Hintermair. "אנחנו יכולים לשים את זה בסוללה אבל אתה לא יכול, למשל, להטיס מטוס על סוללה עדיין. "אז אנחנו צריכים להמיר אותו לדלק כימי, ובשביל זה אלקטרוליזה של מים היא טכנולוגיית מפתח כי אנחנו יכולים לקחת כל טכנולוגיה מתחדשת, לחבר אותה לאלקטרוליסטר ולאחסן אותה במימן, שהוא דלק פנטסטי." לדוגמה, יהפוך תאי דלק מימן למכוניות לחסכוניים הרבה יותר. בצד ימין זה בתמונה זו נמצא הזרז המשמש בתהליך אלקטרוליזה של מים. הבועות הגדולות הן חמצן, בעוד הבועות הקטנות משמאל הן מימן. הצוות נמצא בדיונים עם מספר חברות אנרגיה לגבי ניצול טכנולוגיה זו בקנה מידה גדול ומקווה שפריצת הדרך מסמנת את תחילת התרומה לספק לעולם דלקים בני קיימא יותר. "בתיאוריה זה יכול לשמש בכל המערכות, אבל זה תלוי בעלות ובהיקף", אמר ד"ר הינטרמייר. ככל שהתקנות מתהדקות על השימוש בדלקים מאובנים ופליטותיהם, ישנה התמקדות גוברת בצורך בדרכים חסכוניות ויעילות ליצירת נושאי אנרגיה ממקורות מתחדשים. אנרגיה סולארית נחשבת מסוגלת לספק עד ארבעה אחוזים מהחשמל של בריטניה עד סוף העשור. עם זאת, בעוד המחיר של טכנולוגיה פוטו-וולטאית ירד באופן דרמטי בשנים האחרונות עם עליית הביקוש, אנרגיה סולארית היא בעייתית מכיוון שהיא לסירוגין, כלומר חשמל נוצר רק כאשר הוא קל. שימוש אחד של הזרז החדש שפותח יכול להיות לאגור את האנרגיה המופקת מאנרגיה סולארית על ידי שימוש בחשמל לייצור מימן שניתן להשתמש בו לפי דרישה, ללא קשר לשעה ביום. אנרגיה סולארית נחשבת מסוגלת לספק עד ארבעה אחוזים מהחשמל של בריטניה עד סוף העשור (חוות השמש של Wymeswold בלסטרשייר, בריטניה מוצגת), אך אחסון זה קשה. טכנולוגיה חדשה זו יכולה לאחסן אנרגיה כמימן, אשר לאחר מכן ניתן להשתמש בה לפי דרישה. ד"ר Hintermair הוא עמית מחקר Whorrod במרכז לטכנולוגיות כימיות בר קיימא באוניברסיטת באת'. "מימן הוא דלק רב תכליתי וידידותי לסביבה, עם זאת, יישומים המונעים במימן הם רק "ירוקים" כמו המימן שעליו הם פועלים", אמר. "כיום, למעלה מ-90% מקורם בדלקים מאובנים. אם אנחנו רוצים להביא לכלכלת מימן נקייה עלינו ליצור תחילה מימן נקי. "הזרז המולקולרי החדש הזה ישחק בתקווה תפקיד גדול בסיוע ביצירת מימן ממקורות אנרגיה מתחדשים כמו אנרגיה סולארית. "אנחנו מעוניינים גם ליישם את הטכנולוגיה הזו על צורות אחרות של אנרגיה מתחדשת כמו גאות ושפל, רוח וכוח גלים." פרופסור מתיו דוידסון, ראש המחלקה לכימיה, הוסיף: "פיצול מים לחלקים המרכיבים אותם היא כימיה פשוטה להטעיה, אבל לעשות את זה בצורה בת קיימא היא אחד הגביעים הקדושים של הכימיה, כי זה השלב המרכזי במטרה של פוטוסינתזה מלאכותית. "התוצאות של [ד"ר Hintermair] מרגשות ביותר בגלל הפוטנציאל שלהן ליישום מעשי."
מדענים מאוניברסיטת באת' ואוניברסיטת ייל חושפים כוח מימן נקי.
באמצעות חומר חדש הם אומרים שניתן להפיק אותו בקלות ממים.
זרז מולקולרי חדש מפצל מים ויוצר אנרגיה ניתנת לאגירה.
פריצת דרך יכולה לספק לעולם דלקים בני קיימא יותר.