Przełom w produkcji zielonego wodoru

Przełom w produkcji zielonego wodoru Depositphotos

Wodór jest bardzo obiecującym źródłem czystego paliwa, pod warunkiem, że proces jego wytwarzania jest ekologiczny.

Zgodnie z artykułem opublikowanym w czasopiśmie Nature Energy przez badaczkę Kiane de Kleijne z Radboud University i Eindhoven University of Technology w Holandii, produkcja wodoru częściej niż nie prowadzi do wzrostu atmosferycznego dwutlenku węgla (CO2). Dzieje się tak tylko częściowo dlatego, że jego część pochodzi z produkcji gazu ziemnego.

Istnieją bardziej ekologiczne sposoby produkcji wodoru, takie jak wykorzystanie energii słonecznej lub wiatrowej do zasilania procesu, który oddziela go od cząsteczek wody, ale De Kleijne twierdzi, że w takich przypadkach należy wziąć pod uwagę ślad węglowy związany z tworzeniem tych obiektów. Podobnie jak fakt, że zielona energia jest najbardziej efektywna w miejscach o dużej ilości słońca i wiatru, takich jak Afryka czy Brazylia, co oznacza, że wodór wyprodukowany tam musi być następnie transportowany do reszty świata w celu wykorzystania, co ponownie zwiększa jego ślad węglowy.

Jeśli spojrzeć na cały cykl życia w ten sposób, zielony wodór często, ale z pewnością nie zawsze, prowadzi do wzrostu emisji CO2 – powiedziała De Kliejne. – Zyski CO2 są zwykle wyższe w przypadku korzystania z energii wiatrowej niż słonecznej. Sytuacja ulegnie dalszej poprawie w przyszłości, ponieważ więcej energii odnawialnej będzie wykorzystywane do produkcji turbin wiatrowych, paneli słonecznych i stali do elektrolizera.

Proces elektrolizy wody

Do tego czasu pomóc może nowy przełom w popularnym procesie produkcji wodoru zwanym membraną protonowymienną (PEM).

PEM to proces elektrolizy wody, który oddziela wodór od cząsteczek wody. Pomijając koszty emisji dwutlenku węgla związane z energią elektryczną zasilającą ten proces, PEM jest uważany za technologię ekologiczną, ponieważ jego jedynym produktem wyjściowym jest tlen, a nie dwutlenek węgla. Problem polega na tym, że iryd jest jednym z niewielu pierwiastków, które mogą wytrzymać trudne kwaśne środowisko, w którym cząsteczki wody są rozcinane. A iryd jest bardzo trudny do znalezienia, ponieważ jest jednym z najrzadszych metali na Ziemi, więc instalacje PEM są trudne do stworzenia na dużą skalę.

Nowy katalizator ujawnia ukrytą moc wody do wytwarzania zielonego wodoru

Zasadniczo naukowcy z ICFO stworzyli katalizator anodowy wykonany z bardziej powszechnych pierwiastków: kobaltu i wolframu. Aby jednak chronić anodę przed przewidywaną degradacją w procesie elektrolizy, dokonali oni wyjątkowego zwrotu, impregnując tlenek kobaltu i wolframu wodą - substancją, w której jest on stworzony do działania.

Na początku projektu byliśmy zaintrygowani potencjalną rolą samej wody jako słonia w pokoju w elektrolizie wody – powiedział Ranit Ram, pierwszy autor badania. – Nikt wcześniej nie dostosował aktywnie wody i wody międzyfazowej w ten sposób.

W rezultacie podczas procesu elektrolizy, gdy nowa anoda ulegała degradacji poprzez utratę materiału, woda i wodorotlenek - dwa związki dominujące w procesie - wkraczały do środka, aby wypełnić pozostawione przez nią dziury. W rezultacie powstał rodzaj wodnej osłony, która zapobiegała zbyt szybkiej degradacji anody.

Cały układ okresowy

W testach z użyciem reaktora PEM nowy materiał wypadł znakomicie.

Pięciokrotnie zwiększyliśmy gęstość prądu, osiągając 1 A/cm2 - co jest bardzo trudnym osiągnięciem w tej dziedzinie – powiedział główny współautor dr Lu Xia. –Kluczowe jest jednak to, że osiągnęliśmy również ponad 600 godzin stabilności przy tak wysokiej gęstości prądu. Osiągnęliśmy więc najwyższą gęstość prądu, a także najwyższą stabilność dla katalizatorów nieirydowych.

Chociaż naukowcy przyznają, że nowy stop impregnowany wodą nie pozostaje stabilny tak długo, jak obecne anody, twierdzą, że odkrycie nadrabia to, demonstrując wydajne podejście PEM, które nie opiera się na rzadkich metalach. W rzeczywistości zespół twierdzi, że proces może nawet działać z innymi materiałami, co jest pożądane, ponieważ kobalt jest często pozyskiwany z kopalni wykorzystujących pracę dzieci.

Kobalt, występujący w większej ilości niż iryd, jest nadal bardzo kłopotliwym materiałem, biorąc pod uwagę, skąd jest pozyskiwany – powiedział uczestnik badania i profesor ICFO, García de Arquer. – Dlatego pracujemy nad alternatywami opartymi na manganu, niklu i wielu innych materiałach. W razie potrzeby przejdziemy przez cały układ okresowy. Zamierzamy zbadać i wypróbować z nimi tę nową strategię projektowania katalizatorów, którą opisaliśmy w naszym badaniu.

Źródło: New Atlas

O Autorze

MM Magazyn Przemysłowy jest międzynarodową marką medialną należącą do holdingu Vogel Communications Group. W ramach marki MM Magazyn Przemysłowy wydawane jest czasopismo, prowadzony jest portal magazynprzemyslowy.pl oraz realizowana jest komunikacja (różnymi narzędziami marketingowymi) w przemysłowym sektorze B2B.

Tagi artykułu

MM Magazyn Przemysłowy 7-8/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę