Vodík je dlhodobo považovaný za jedno z najperspektívnejších palív budúcnosti, no jeho výroba zostáva drahá a energeticky náročná. Vedci z Univerzity v Birminghame teraz predstavili technológiu, ktorá by mohla tento problém výrazne zmierniť. Vyvinuli nový katalyzátor schopný produkovať vodík pri podstatne nižších teplotách než súčasné riešenia, čo by mohlo znížiť náklady a zároveň urýchliť nasadenie vodíkových technológií.

Výskumníci tvrdia, že ich metóda by mohla fungovať nielen vo veľkých priemyselných zariadeniach, ale aj v menších lokálnych systémoch využívajúcich odpadové teplo z fabrík či obnoviteľných zdrojov energie. Ak sa technológiu podarí komerčne nasadiť, mohla by odstrániť jednu z hlavných prekážok širšieho využívania vodíka.

Hoci je vodík najrozšírenejším prvkom vo vesmíre, jeho výroba na Zemi nie je jednoduchá. Väčšina vodíka sa dnes získava zo zemného plynu prostredníctvom procesu známeho ako parná reformácia metánu. Táto metóda je síce relatívne lacná, no produkuje veľké množstvo oxidu uhličitého.

Alternatívou je takzvaný zelený vodík vyrábaný elektrolýzou vody pomocou elektriny z obnoviteľných zdrojov. Táto cesta je ekologickejšia, ale stále výrazne drahšia. Práve preto sa vedci po celom svete snažia nájsť nové spôsoby výroby, ktoré by spojili nízke emisie s prijateľnými nákladmi.

Nový výskum publikovaný v odbornom časopise International Journal of Hydrogen Energy ukazuje, že riešením by mohlo byť nízkoteplotné termochemické štiepenie vody.

Teploty klesli o stovky stupňov

Pri termochemickom štiepení sa voda rozkladá na vodík a kyslík pomocou špeciálneho katalyzátora. Doterajšie technológie však vyžadovali extrémne vysoké teploty. Samotná výroba vodíka prebiehala pri približne 700 až 1 000 stupňoch Celzia a následná regenerácia katalyzátora si často vyžadovala až 1 500 stupňov.

Tím vedený profesorom Yulongom Dingom však ukázal, že tieto hodnoty možno výrazne znížiť. Nový katalyzátor založený na materiáloch typu perovskit dokázal produkovať významné množstvá vodíka už pri teplotách od 150 do 500 stupňov Celzia.

Gemini

Ešte dôležitejšie je, že regenerácia katalyzátora prebiehala pri teplotách 700 až 1 000 stupňov, teda približne o 500 stupňov nižších než pri súčasných technológiách.

Podľa profesora Dinga by práve nižšie prevádzkové teploty mohli výrazne rozšíriť možnosti využitia tejto metódy. Výroba vodíka by sa mohla presunúť bližšie k veterným a solárnym elektrárňam alebo priamo do priemyselných podnikov, kde vzniká veľké množstvo odpadového tepla.

Výroba priamo pri fabrike

Veľkou výhodou navrhovaného riešenia je možnosť využiť energiu, ktorá dnes často končí bez úžitku v ovzduší. Oceliarne, cementárne, sklárne či chemické závody produkujú značné množstvo tepla, ktoré by mohlo slúžiť ako zdroj energie pre výrobu vodíka.

Ak by sa vodík vyrábal a spotrebovával priamo na mieste, odpadla by aj potreba jeho nákladného skladovania a prepravy. Práve budovanie distribučnej infraštruktúry patrí medzi najväčšie výzvy rozvoja vodíkovej ekonomiky v Európe aj vo svete.

Výskumníci zároveň vykonali predbežnú ekonomickú analýzu. Jej výsledky naznačujú, že nová technológia by mohla byť lacnejšia než výroba zeleného vodíka pomocou elektrolýzy aj takzvaného modrého vodíka, ktorý vzniká zo zemného plynu s následným zachytávaním emisií oxidu uhličitého.

Najväčší ekonomický prínos sa ukázal najmä v regiónoch s lacnou obnoviteľnou elektrinou. Vedci ako príklad uvádzajú Austráliu, podobný potenciál však môžu mať aj ďalšie krajiny s rozvinutou obnoviteľnou energetikou.

Katalyzátor zvládol opakované cykly bez poškodenia

Kľúčom k celému riešeniu sú perovskity, materiály s kryštalickou štruktúrou schopnou absorbovať kyslík a následne podporovať rozklad molekúl vody.

Výskumný tím sa zameral na špecifickú skupinu označovanú ako BNCF perovskity. Tie sú tvorené báriom, nióbom, vápnikom a železom. Výhodou je, že neobsahujú toxické látky a ich výroba nevyžaduje komplikované technologické postupy.

Najlepšie výsledky dosiahol variant označený ako BNCF100. Počas testov si zachoval stabilné vlastnosti aj po desiatich cykloch výroby vodíka. Röntgenová analýza zároveň odhalila iba minimálne zmeny v štruktúre materiálu, čo naznačuje vysokú životnosť katalyzátora.

Univerzita v Birminghame už pracuje na komercializácii technológie v Spojenom kráľovstve a Európe. Inštitúcia zároveň podala patentovú prihlášku a hľadá partnerov, ktorí by pomohli preniesť výskum z laboratória do priemyselnej praxe.

Ak sa výsledky podarí potvrdiť aj v komerčnom meradle, nový katalyzátor by mohol predstavovať jeden z najvýznamnejších krokov k lacnejšej a dostupnejšej výrobe čistého vodíka za posledné roky.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia