Vodík patrí bez pochýb medzi najväčšie nádeje modernej energetiky. Jeho výroba je však stále drahá a technologicky náročná. Vedci z americkej Washington University teraz predstavili nový katalyzátor, ktorý dokáže produkovať čistý vodík, pričom ponúka vysokú účinnosť aj mimoriadnu životnosť.

Výskumný tím vedený profesorom Gangom Wuom vyvinul riešenie pre takzvané aniónové membránové elektrolyzéry vody (AEMWE). Ide o technológiu, ktorá pomocou elektriny z obnoviteľných zdrojov rozkladá vodu na vodík a kyslík. Práve vodík je pritom považovaný za dôležitý spôsob skladovania energie z vetra či slnka, keďže ju možno neskôr využiť v priemysle, doprave alebo energetike.

Hlavný problém dnešných elektrolyzérov spočíva v tom, že často využívajú drahé kovy zo skupiny platiny. Tie výrazne zvyšujú cenu celej technológie a komplikujú jej masové nasadenie. Nový výskum preto vzbudil veľký záujem, pretože ponúka alternatívu bez platiny, ktorá by mohla výrobu ekologického vodíka výrazne zlacniť.

Vedci stavili na kombináciu dvoch materiálov; fosfidu rénia a fosfidu molybdénu. Spoločne vytvorili nový kompozitný katalyzátor, ktorý podľa testov funguje efektívnejšie než viaceré súčasné riešenia vrátane niektorých založených na platinových materiáloch.

Samotný proces funguje relatívne jednoducho. Elektrina z obnoviteľných zdrojov rozkladá molekuly vody a katalyzátor celý proces urýchľuje. Rénium pomáha pri viazaní a uvoľňovaní vodíka na povrchu katalyzátora, zatiaľ čo molybdén zrýchľuje štiepenie vody v alkalickom elektrolyte.

Vydržal viac než 1 000 hodín

Výskumníci tvrdia, že ich riešenie neponúka len nižšie náklady, ale aj vysokú stabilitu. Počas testovania nový katalyzátor fungoval viac než 1 000 hodín pri priemyselných úrovniach prúdu, konkrétne pri hustote 1 až 2 ampéry na centimeter štvorcový.

To je dôležitý parameter, pretože práve dlhodobá životnosť patrí medzi najväčšie výzvy vodíkovej energetiky. Mnohé experimentálne materiály síce fungujú dobre krátkodobo, no po určitom čase strácajú účinnosť alebo sa poškodia.

Gang Wu tvrdí, že ich riešenie patrí medzi najodolnejšie bezplatinové katódy, aké boli doteraz pre aniónové membránové elektrolyzéry vyvinuté. Zároveň zdôraznil, že tímu sa podarilo lepšie pochopiť úlohu vodíkových väzieb medzi katalyzátorom a elektrolytom, čo môže pomôcť pri návrhu ďalších generácií lacnejších a výkonnejších zariadení.

Gang Wu/SciTech Daily

Vedci zároveň zaznamenali veľmi nízky elektrický odpor počas reakcie. V praxi to znamená rýchlejšiu adsorpciu vodíka a efektívnejší priebeh celej výroby.

Kľúčový pre Európu

Vodík sa v posledných rokoch stal jednou z hlavných tém energetickej transformácie. Európska únia investuje miliardy eur do vývoja takzvaného zeleného vodíka, teda vodíka vyrábaného z obnoviteľných zdrojov bez produkcie emisií oxidu uhličitého.

Takýto vodík by mohol pomôcť dekarbonizovať odvetvia, ktoré sa elektrifikujú len veľmi ťažko. Ide napríklad o hutníctvo, chemický priemysel, nákladnú dopravu či letectvo. Problémom však zostáva cena výroby a nedostatok efektívnej infraštruktúry.

Práve nové katalyzátory bez drahých kovov by mohli celý sektor výrazne posunúť. Ak sa podarí technológiu preniesť z laboratória do priemyselnej výroby, náklady na produkciu zeleného vodíka by mohli postupne klesnúť.

Zatiaľ však ide len o laboratórny výskum. Vedci plánujú pokračovať v testovaní a overovať, či sa ich riešenie dokáže uplatniť aj vo veľkokapacitných priemyselných systémoch. Ak áno, mohlo by ísť o jeden z dôležitých krokov k lacnejšej a dostupnejšej vodíkovej ekonomike.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia