Etanoolil on mootoris kõrgel temperatuuril lihtne põleda, kuid kütuseelemendid töötavad toatemperatuuril. Siin tulevad sisse sellised nanoosakesed nagu see südamekujuline nanoosakesed, mis on kolme metalli – plaatina, iriidiumi ja tina – sulam. Rühmituna toimivad nad kütuseelementides katalüsaatorina, ajendades ilma vajaduseta energia tootmist etanoolist. lisasoojuseks.
'See on väga eriline katalüsaatori tüüp, mida kasutame etanooli oksüdeerimiseks veeks ja süsinikdioksiidiks,' ütleb Xiaowei Teng , New Hampshire'i ülikooli keemiatehnoloogia abiprofessor, kes juhib materjali kallal tööd. Protsess vabastab elektronid, mida saab kasutada autode, mobiiltelefonide ja muude elektrit vajavate seadmete toiteks.
Ülaltoodud pildil, mis on kunstlikult punaseks värvitud, on iga punkt ühe kolmest elemendist aatom. Dong Su, teadlane aadressil Brookhaveni riiklik labor Long Islandil kasutas nanoosakeste struktuuri paljastamiseks elektronmikroskoopiat. Teng ütleb, et ebatavaline südamekuju ei olnud tahtlik, kuid 'see võib paljastada katalüütiliste reaktsioonide aktiivsemad kohad.'
Plaatinat on pikka aega kasutatud paljude keemiliste reaktsioonide katalüsaatorina, kuid kuna see on väga kallis, on kütuseelementides kasutatava koguse vähendamine aktiivne uurimisvaldkond. Teng ütleb, et teiste metallide kombineerimine plaatinaga vähendab vajaliku kalli materjali hulka ja parandab kütuseelemendi tööd. Näiteks tina võib reaktsiooni kiirendada 10-30 korda. Vahepeal võib iriidium aidata etanooli täielikult muuta süsinikdioksiidiks, mitte äädikhappeks, mis on energia tootmisel vähem tõhus.
Teng peab etanooli kütuseelemente praktilisemaks kui traditsiooniline idee kasutada vesinikku energia saamiseks. Esiteks on vesinik väga tuleohtlik ja gaasi transportimine ohtlik. 'Teatud määral on see liikuv pomm,' ütleb Teng. Võrdluseks, etanool on suhteliselt healoomuline – Tengi rühm oksüdeerib lahuseid, mille etanoolisisaldus on vahemikus 5–40 protsenti, mis on sisuliselt nagu õlle või viskiga töötamine. Lisaks segavad bensiinijaamad oma pumpades etanooli – maisist ja muudest taimsetest materjalidest valmistatud biokütust – nii et infrastruktuur on juba olemas.
Töö kütuseelemendiga on alles algusjärgus. Tõhusus on madal – Tengi meeskond suudab muundada maksimaalselt 10–15 protsenti etanoolist süsinikdioksiidiks ja ülejäänu saab äädikhappeks. Kuid jätkates sulami kohandamist ja õppides rohkem teada, kuidas selle struktuur selle funktsiooni mõjutab, loodab ta maksimeerida energiahulka, mida ta saab 2–3 nanomeetri suurustest osakestest. Sellest hoolimata paneb ta sellesse oma südame.