Szukając potencjalnych ograniczeń stojących na drodze do uwolnienia pełni potencjału drzemiącego w produkcji wodoru przedstawiciele Northwestern University zidentyfikowali nieznaną dotychczas barierę energetyczną. Uporanie się z tym problemem powinno utorować drogę do rozszczepiania wody na dużą skalę i ze znacznie wyższą wydajnością.
Czytaj też: Superkondensatory o dwukrotnie zwiększonej pojemności? Rosjanie mają patent na energetyczną rewolucję
Tym sposobem można wytwarzać zielony wodór z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. W procesie rozszczepiania z wody można pozyskać tlen oraz wodór, przy czym ten pierwszy nie jest problematyczny dla środowiska, natomiast drugi jest mile widziany ze względu na potencjał energetyczny.
Niestety, droga do sukcesu jest długa i kręta, a jednym z problemów okazuje się bariera energetyczna, którą zidentyfikowali niedawno autorzy publikacji zamieszczonej w Nature Communications. Dokonane postępy są bardzo istotne, ponieważ nareszcie można zrozumieć, dlaczego efektywność procesu rozszczepiania była niższa od teoretycznie oczekiwanej.
Wytwarzanie wodoru może zyskać na wydajności dzięki nowym ustaleniom. Inżynierowie z Northwestern University zidentyfikowali bowiem przyczynę nadmiernych kosztów rozszczepiania
Franz Geiger będący głównym autorem nowych badań wyjaśnia, że w czasie rozszczepiania występuje zaskakująco wysokie zużycie energii. Choć naukowcy sugerują, że powinno ono opiewać na 1,23 wolta, to w praktyce chodzi o wartości rzędu 1,5-1,6 wolta. Im wyższe napięcie tym więcej pieniędzy wydawanych na utrzymanie całego procesu, co jest oczywistym ograniczeniem w kontekście komercjalizacji tej technologii.
W toku eksperymentów członkowie zespołu badawczego skorzystali z hematytu w formie elektrody. Ten bogaty w żelazo minerał posłużył do obserwacji zachowania cząsteczek wody na powierzchni elektrody. Kiedy autorzy badań próbowali oszacować wydatek energetyczny wymagany do przegrupowania cząsteczek wody, zdali sobie sprawę, iż jest on niemal równie wysoki, jak energia wiążąca wodę jako ciecz.
Czytaj też: Europa i Bliski Wschód z historycznym połączeniem. Tędy popłynie paliwo przyszłości
Jako że transfer elektronów z atomów tlenu w wodzie do aktywnego miejsca elektrody jest niemożliwy, to naukowcy szukali sposobów na zmianę takiego stanu rzeczy. Okazało się, że przy odpowiednio silnym polu elektrycznym cząsteczki ulegają odwróceniu, dzięki czemu atomy wodoru znajdują się poza zasięgiem, podczas gdy elektrony mogą przemieszczać się z tlenu w wodzie do elektrody.
Z czasem badacze doszli też do wniosku, że na skuteczność odwracania może również wpływać pH wody. Wyższe, czyli zasadowe, sprzyja wydajniejszej reakcji, co powinno być cenną informacją na przyszłość. Wiedząc, co ogranicza skuteczność narzędzi oddelegowanych do rozszczepiania wody, naukowcy ze Stanów Zjednoczonych wiedzą teraz, jak mogliby to zmienić. Pozostaje nam więc czekać na na zaprezentowanie tych efektów w praktyce.