11 אוק' 2018
 

התגלית מהווה אבן דרך במאמץ לפתח דרכים חדשות לייצור דלק מימני ממים; ממצאי המחקר משנים את התפיסה הרווחת ומתווים דרך חדשה באמצעותה ניתן יהיה להנדס את תהליך פיצול המים באופן יעיל וחסכוני

 

מחקר חדש שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature Communications מציג פריצת דרך בחקר מנגנון הפעולה של פוטו-אלקטרודות לפיצול מים לטובת הפקת מימן. צוות חוקרים בראשות ד"ר אריק יוכליס וד"ר איריס ויסולי-פישר מהמחלקה לאנרגית השמש ופיזיקה של הסביבה במכונים לחקר המדבר ע"ש יעקב בלאושטיין, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב ופרופ' אבנר רוטשילד מהטכניון פיענחו לראשונה את המנגנון הכימי המתרחש בעת פיצול פוטו-אלקטרוכימי של מי-חמצן (H2O2) על פני פוטו-אלקטרודות מתחמוצת ברזל.

חברות הרכב משקיעות מאמצים רבים לפתח רכבים המונעים בדלק מימני שנחשב יעיל וידידותי לסביבה ובניגוד לרכב חשמלי, מאפשר תדלוק מהיר וטווח נסיעה ארוך. על מנת להפיק מימן בדרך נקייה שאינה פולטת גזי חממה, יש צורך בפיצול מולקולות מים
(H2O)  ליסודות שמהם הן מורכבות: שני אטומי מימן (H2) ואטום חמצן (O) אחד. אולם, תהליך זה כרוך בשימוש במתכות יקרות לזירוז התגובה הכימית והשקעת אנרגיה חשמלית רבה, ולכן הוא אינו משתלם מבחינה כלכלית ואנרגטית.

דרך חלופית להפקת מימן ממים נעזרת באנרגיה שבאור שמש כתחליף לאנרגיה החשמלית, כשפיצול המים למימן וחמצן מתבצע בתא שמש פוטו-אלקטרוכימי. בליבו של התא נמצאת פוטו-אלקטרודה הבולעת את קרינת השמש וממירה אותה לאנרגיה כימית, האגורה במימן שנוצר בתהליך. לשם כך, יש צורך בפיתוח חומרים מוליכים למחצה מיוחדים בעלי עמידות גבוהה בתנאי סביבה קורוזיביים, תנאים הגורמים למרבית החומרים להתפרק בעצמם. למרבה האירוניה, אחד החומרים המבטיחים ביותר לשימוש זה הוא תרכובת של תחמוצת ברזל המהווה מרכיב מרכזי בחלודה. חומר זה משלב מספר תכונות המצביעות על יכולת פוטנציאלית לשמש כפוטו-אלקטרודה לפיצול מים, אך הדרך לפיתוח טכנולוגיה לייצור מסחרי של מימן בשיטה זו עדיין רחוקה והיא טומנת בחובה שאלות מדעיות בסיסיות ואתגרים הנדסיים.

ראשית המחקר בניסויים שנערכו במעבדתו של פרופ' אבנר רוטשילד על ידי החוקר ד"ר חן דותן מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון, בהם התקבלו תוצאות מפתיעות שעמדו בסתירה לסברה הרווחת בנוגע למנגנון הפעולה של פוטו-אלקטרודות. לאחר בחינה נוספת של התוצאות במעבדתם של פרופ' רוטשילד ושל ד"ר איריס ויסולי-פישר, ופיתוח מודל עיוני על ידי ד"ר אריק יוכליס ופוסט-דוקטורנט ד"ר יותם אביטל, מצאו יחד צוות החוקרים שיש צורך במספר אתרי תגובה המתקשרים ביניהם באינטראקציה הדדית המובילה לפירוק מולקולות מי-החמצן במים. ממצאי המחקר משנים את התפיסה הרווחת ומתווים דרך חדשה באמצעותה ניתן יהיה להנדס את תהליך פיצול המים באופן יעיל וחסכוני.

"מעבר לפריצת הדרך המדעית, הראנו שמנגנון התגובה שייך למשפחה חשובה של תגובות כימיות שעבורן ניתן פרס נובל לכימיה לפרופ' גרהרד ארטל (Gerhard Ertl) לפני כעשור" מסביר מוביל המחקר ד"ר אריק יוכליס. "תגלית זו פותחת אופק הסתכלות חדש על תגובות פוטו-אלקטרוכימיות".

 

המחקר נערך בתמיכת מענקי מחקר מאת משרד התשתיות הלאומיות, האנרגיה והמים, ומשרד המדע.