Uus meetod veest vesiniku tootmiseks

Novaator
09. aprill 2009 15:58


Vesinik võiks olla üks tuleviku olulisemaid puhta energia allikaid, kuid olemasolevad meetodid on ebaefektiivsed ning kallid. Uus meetod võib pakkuda sellele probleemile lahenduse.
Weizmanni instituudi teadlased eesotsas David Milsteiniga kirjutasid oma avastustest ajakirjas Science. Nad leidsid uue meetodi sideme tekitamiseks kahe veest pärit hapnikuaatomi vahel. Just gaasilise hapniku moodustumise protsess ongi siiani osutunud vee lõhkumise juures üheks kitsaskohaks, vahendab Novaator Science Daily uudist.

Looduses on vee lõhkumiseks välja kujunenud väga tõhus protsess - fotosüntees, mis on kogu Maal leiduva hapniku allikaks. Kuigi fotosünteesi mõistmisel on tehtud olulisi edusamme, pole siiani päris selge, kuidas see protsess töötab. Kunstliku fotosünteesi väljatöötamine pole siiani olnud kuigi edukas.

Weizmanni töörühm kasutas teistsugust lähenemist, töötades välja täiesti uue reaktsioonide rea. Üksteisele järgnevate soojuse ja valguse toimel kulgevate reaktsioonide tulemusel vabanevad vesinik ja hapnik. Lisaks läheb vaja spetsiaalset metallikompleksi, mille Milstein koos kolleegidega varasemates uurimustes välja töötas. Kompleks koosneb orgaanilisest osast ja metallist, mis koos vee molekuli lõhuvad.

Töörühm leidis, et selle kompleksi segamisel veega katkevad vesiniku ja hapniku vahelised sidemed. Üks hapnikuaatom seondub orgaanilise osaga, järgi jääv vesinik ja hapnikuaatom (OH-rühm) seondub aga metalliga.

Veega seondunud kompleks läbib järgmise protsessi - kuumutamise. Kui veelahus kuumutatakse 100 kraadini, vabaneb kompleksist gaasiline vesinik - potentsiaalne puhas kütus - ning metallist keskosale seondub teine OH rühm.

„Kõige huvitavam osa on kolmas staadium - valgusstaadium," ütleb Milstein. „Kui paigutasime selle kolmanda kompleksi toatemperatuuril valguse kätte, ei tekkinud mitte ainult gaasiline hapnik, vaid metallikompleks pöördus tagasi oma algsesse olekusse, mida sai taaskasutada uutes reaktsioonides."

Uuringu tulemused on märkimisväärsed, sest siiani pole inimese valmistatud metallikompleksi abil sidet kahe hapnikuaatomi vahel õnnestunud luua. Milsteini töörühmal õnnestus selle protsessi jaoks välja töötada aga täiesti uus mehhanism. Protsessi põhjalikumal uurimisel selgus, et valgusenergia toimel seonduvad kaks OH-rühma ning moodustavad vesinikperoksiidi, mis laguneb kiiresti hapnikuks ja veeks.

„Kuna vesinikperoksiidi peetakse suhteliselt ebastabiilseks molekuliks, on teadlased alati selle võimaluse vee lagundamiseks kõrvale jätnud - meie aga näitasime, et see on võimalik," ütleb Milstein. Töörühm on suutnud näidata ka, et side kahe hapnikuaatomi vahel luuakse ühe kompleksmolekuli sees oleva metalli peal - mitte erinevate molekulide peal asuvate hapnikuaatomite vahel.

Taastuva ja puhta energiaallika loomiseks on vaja leida tõhus katalüsaator, mille abil vesi päikeseenergia mõjul hapnikuks ja vesinikuks lagundada. Siiani on Milsteini töörühmal õnnestunud demonstreerida mehhanismi veest vesiniku ja hapniku moodustamiseks, mille juures pole vaja protsessi käigus kuluvaid keemilisi lisandeid.

Protsess kasutab küll valgust, kuid koosneb kolmest eraldiseisvast etapist. Järgmises uuringus kavatsevad teadlased need kolm staadiumit kokku panna ja luua tõhusa katalüütilise süsteemi, viies maailma nii sammu lähemale alternatiivse energiaallika leidmisele.