Zielony wodór od lat jest przedstawiany jako paliwo przyszłości. Jego potencjał jako zeroemisyjnego nośnika energii jest niezaprzeczalny, bo podczas jego spalania powstaje wyłącznie para wodna. Problem zawsze leżał po stronie produkcji, która wciąż przypomina bardziej marzenie niż rzeczywistość. Główną przeszkodą pozostają ogromne koszty i skomplikowana logistyka, które towarzyszą obecnym technologiom. Tym ciekawszy wydaje się pomysł, nad którym pracuje zespół z Uniwersytetu w Sydney. Ich koncepcja opiera się na zaskakująco prostych składnikach, które są powszechnie dostępne.
Gal jako katalizator. Prosta chemia w nowej odsłonie
Kluczem do procesu jest ciekły gal, metal o bardzo niskiej temperaturze topnienia wynoszącej zaledwie 29,8 stopnia Celsjusza. Naukowcy odkryli, że gdy drobne kropelki tego metalu zawiesi się w wodzie i wystawi na działanie światła, to zachodzi interesująca reakcja. Światło nagrzewa metal i jednocześnie narusza warstwę tlenku na jego powierzchni. To z kolei umożliwia bezpośrednią reakcję z cząsteczkami wody, w wyniku której powstaje wodór oraz tlenowodorotlenek galu. Co ważne, metoda działa zarówno z wodą słodką, jak i słoną, co otwiera drogę do wykorzystania niemal niewyczerpalnych zasobów mórz i oceanów.
Gal nie był wcześniej badany jako sposób na produkcję wodoru w wysokich wskaźnikach w kontakcie z wodą – tak prosta obserwacja, która była wcześniej ignorowana – profesor Kourosh Kalantar-Zadeh, Uniwersytet w Sydney.
Niezwykłe jest to, że cały proces przebiega bez konieczności dostarczania zewnętrznej energii elektrycznej. Do zainicjowania reakcji wystarczy samo światło. Nieważne czy słoneczne, czy sztuczne. Jest to zasadnicza różnica w porównaniu z konwencjonalną elektrolizą, która jest wyjątkowo energochłonna. Dodatkowym atutem jest odporność na zanieczyszczenia obecne w wodzie morskiej, które w tradycyjnych systemach szybko unieruchamiałyby drogie katalizatory.
Obieg zamknięty, czyli metal ciągle w grze
Prawdziwą przewagą tej technologii wydaje się jej obiegowy charakter. Po zakończonej reakcji i wydzieleniu wodoru, powstały tlenowodorotlenek galu można poddać procesowi elektrochemicznej redukcji, odzyskując czysty metal, który będzie od razu gotowy do ponownego użycia. Taka możliwość wielokrotnego wykorzystania tego samego katalizatora ma kluczowe znaczenie dla ekonomii całego procesu, radykalnie obniżając koszty operacyjne.
Czytaj też: Paliwo przyszłości przestało być czarną skrzynką. Neutrony zdradziły sekrety TRISO
Ta cecha wyraźnie odróżnia australijską metodę od innych sposobów pozyskiwania zielonego wodoru. Klasyczna elektroliza wymaga bowiem stosowania wody demineralizowanej, co generuje dodatkowe nakłady na jej oczyszczanie. Z kolei wiele obiecujących metod fotokatalitycznych opiera się na katalizatorach z metali szlachetnych, takich jak platyna, które są nie tylko drogie, ale też tracą aktywność z czasem.
Mamy teraz sposób na pozyskiwanie zrównoważonego wodoru, wykorzystując wodę morską, która jest łatwo dostępna, polegając wyłącznie na świetle do produkcji zielonego wodoru – tłumaczy Luis Campos, członek zespołu badawczego.
Dla kraju takiego jak Australia, z rozległymi wybrzeżami i obfitym nasłonecznieniem, ta technologia mogłaby być idealnym rozwiązaniem. Nadmorskie regiony zyskałyby szansę na lokalną produkcję czystego paliwa bez konieczności budowy kosztownej infrastruktury do odsalania i transportu wody.
Wydajność 12,9 procent to dopiero początek
Obecnie sprawność całego układu wynosi 12,9%, a to liczba, która dla kogoś spoza branży może nie brzmieć spektakularnie. Warto jednak spojrzeć na to z perspektywy historycznej rozwoju innych technologii. Profesor Kalantar-Zadeh przypomina, że pierwsze komercyjne ogniwa słoneczne na bazie krzemu miały w latach 50. ubiegłego wieku wydajność na poziomie zaledwie 6%, a próg 10% przekroczyły dopiero cztery dekady później. Dzisiejsze, zaawansowane panele fotowoltaiczne osiągają sprawność przekraczającą 26%.
Dla pierwszego dowodu koncepcji uważamy, że wydajność tej technologii jest wysoce konkurencyjna. Ogniwa słoneczne na bazie krzemu zaczynały od sześciu procent w latach 50. i nie przekroczyły 10 procent aż do lat 90. – wyjaśnia profesor Kourosh Kalantar-Zadeh.
Zespół pracuje teraz nad optymalizacją procesu, mając na celu przyszłą komercjalizację. Kolejnym logicznym krokiem będzie skonstruowanie reaktora średniej skali, który pozwoli przetestować metodę w warunkach zbliżonych do przemysłowych. Uniwersytet zabezpieczył już prawa do technologii, składając stosowny wniosek patentowy.
Czytaj też: Arka Noego na miarę naszych czasów. Co naprawdę znajdzie się w BioVault?
Czy zatem połączenie zwykłego metalu i światła słonecznego zrewolucjonizuje rynek? Na to pytanie odpowiedzą dopiero najbliższe lata i testy w większej skali. Pierwsze wyniki są zachęcające, a sama koncepcja wykorzystania wody morskiej wydaje się niezwykle trafiona w kontekście globalnych wyzwań. Sukces nie jest jednak pewny, bo przecież wiele obiecujących technologii laboratoryjnych nigdy nie wychodzi poza mury instytutów badawczych. Mimo to, połączenie prostoty, niskich potencjalnych kosztów i wykorzystania powszechnie dostępnych zasobów daje solidne podstawy do ostrożnego optymizmu.
