המימן בדרך

פרופ’ גליה מעין

אלקטרוליזת מים היא דרך קלה לייצור גז מימן, הנחשב לדלק נקי ומתחדש. עם זאת, אלקטרוליזה יעילה מצריכה כיום הפרש-מתח משמעותי, pH גבוה וברוב המקרים זרזים המבוססים על מתכת יקרה כגון רוטניום. בשל ההבטחה הטמונה במימן, קבוצות מחקר רבות חותרות לפיתוחן של טכנולוגיות אלקטרוליזה שיאפשרו לייצר דלק מימן בהפרש-מתח נמוך, ב-pH בין 7-9 ועל ידי זרזים המבוססים על מתכת זמינה וזולה כגון נחושת, מנגן וקובלט.

כתב העת Journal of the American Chemical Society מדווח על פתרון ייחודי שפותח בטכניון; זוהי המערכת המהירה ביותר מסוגה שדווחה עד כה ופועלת על זרזים של מתכת זמינה (נחושת). את המחקר הובילו פרופ’ גליה מעין, ראש המעבדה לכימיה ביומימטית בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך והדוקטורנט גווילין רואן.

חוקרי הטכניון תכננו ופיתחו מערכת אלקטרוליזה הומוגנית, כלומר מערכת שבה הזרז מסיס במים, כך שכל רכיבי המערכת נמצאים באותו המדיום. זוהי מערכת חדשנית ומקורית המבוססת על (1) יוני נחושת; (2) אוליגומר (מולקולה קטנה) דמוי פפטיד הקושר את הנחושת ושומר על יציבותה; ו(3)תרכובת בשם בוראט שתפקידה לשמור על ה-pH בטווח מוגבל. התגלית העיקרית במחקר זה היא המנגנון הייחודי שגילו החוקרים והדגימו במחקר: תרכובת הבוראט עוזרת בייצוב המרכז המתכתי ומשתתפת בתהליך כך שהיא עוזרת לזרזו.

במחקרים קודמים הדגימה קבוצת המחקר את יעילותו של השימוש באוליגומרים דמויי פפטידים בייצוב יוני המתכת הנחשפים לחמצן – חשיפה העלולה לחמצן אותם בהיעדר האוליגומר ולפרק את הזרז. כעת מדווחים החוקרים על הצלחה ביצירה של מערכת אלקטרוליזה יעילה ומהירה מאוד. זוהי מערכת יציבה המפרקת את המים למימן ולחמצן באותם תנאים מבוקשים: הפרש-מתח נמוך, pH קרוב ל-9 וזרזים זולים. לדברי פרופ’ מעין, המערכת פותחה בהשראת אנזימים (זרזים ביולוגים) המשתמשים בשרשרת הפפטידית של החלבון לייצוב המרכז המתכתי ובהשראת תהליכים אנרגטיים טבעיים כגון פוטוסינתזה, המונעים על ידי יחידות המנצלות את אנרגיית השמש להסעה של אלקטרונים ופרוטונים.

הדוקטורנט גווילין רואן

המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF) ותוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון.

למאמר בכתב העת Journal of the American Chemical Society  לחצו כאן

קומפלקס הנחושת, המורכב משתי מולקולות של אוליגומר דמוי פפטיד הקושרות שני יוני נחושת, מגיב בתנאי האלקטרוליזה עם מולקולה של תרכובת הבוראט; תוצר התגובה הוא הזרז שמאפשר את חמצון המים ויצירת חמצן ומימן בצורה יעילה ומהירה