Za všetkým je metóda zvaná termochemické štiepenie vody, pri ktorom katalyzátor rozkladá vodu na vodík a kyslík.
Nový spôsob výroby vodíka si vyžaduje oveľa nižšie teploty. Zdroj: iStock/Krot Studio
Vedci z Univerzity v Birminghame vyvinuli nový spôsob výroby vodíka založený na nízkych teplotách, vďaka ktorému by sa mohla stať výroba tohto čistého paliva lacnejšou a praktickejšou. Táto technika by sa mohla využívať nielen vo veľkých centralizovaných zariadeniach, ale aj v menších lokálnych systémoch, ktoré využívajú odpadové teplo z veľkých priemyselných prevádzok.
Na rozdiel od ostatných znečisťujúcich látok z fosílnych palív produkuje vodík ako palivo len vodu a teplo a jeho výskyt je veľmi bežný. Napriek týmto výhodám je až 95 percent produkcie vodíka závislej od fosílnych palív.
Jedným z riešení efektívnejšej výroby vodíka je proces zvaný termochemické štiepenie vody, pri ktorom katalyzátor rozkladá vodu na vodík a kyslík. Súčasné termochemické systémy si však vyžadujú mimoriadne vysoké teploty. K rozkladu vody zvyčajne dochádza pri teplotách 700 – 1000 °C, zatiaľ čo fáza regenerácie katalyzátora často vyžaduje teploty 1300 – 1500 °C, aby mohol začať s ďalším výrobným cyklom.
Čistého vodíka máme nedostatok
Výskumníci z Katedry chemického inžinierstva Univerzity v Birminghame dokázali, že tieto teploty môžu rapídne znížiť pomocou perovskitového katalyzátora, ktorý vytvára značné množstvá vodíka pri teplotách v rozmedzí 150 – 500 °C. Mohol by sa tiež regenerovať pri teplotách v rozmedzí 700 – 1000 °C, čo je približne o 500 °C menej ako pri súčasne využívaných postupoch.
Nižšia celková teplota procesu by mohla umožniť výrobu vodíka v blízkosti zariadení na výrobu energie z obnoviteľných zdrojov, pričom kľúčové priemyselné odvetvia, ako sú oceliarsky, cementársky, sklársky a chemický priemysel, disponujú veľkým množstvom odpadového tepla, ktoré by sa dalo využiť ako zdroj tepla na nízkoteplotnú výrobu vodíka. Ak by sa vodík využíval lokálne, prekonali by sa tým prekážky spojené so skladovaním a s prepravou, čo by umožnilo zavedenie vodíkového paliva bez potreby nákladnej infraštruktúry.
Predbežné náklady takejto výroby vodíka nie sú až také vysoké. Rozklad vody pomocou nového perovskitového katalyzátora môže vyprodukovať vodík s oveľa nižšími nákladmi, ako je to v prípade zeleného vodíka (vyrábaného z vody elektrolýzou) alebo modrého vodíka (vyrábaného z metánu so zachytávaním a s ukladaním uhlíka).
Aj keď je vodíka na Zemi dostatok, väčšina z neho nie je čistá. Vyskytuje sa najmä vo forme rôznych zlúčenín s inými prvkami, napríklad zemného plynu, uhlia alebo ropy. Aby sme ho mohli spracovať, musíme najskôr tieto zlúčeniny rozložiť.
Predstavujú lacnejšiu alternatívu
V súčasnosti sa na spracovanie vodíka využíva metóda parného reformingu, pri ktorej sa vodík oddeľuje od metánu reakciou s vodnou parou. Pri tomto procese však vzniká oxid uhličitý z prebytočného uhlíka syntetizovaného počas procesu propylácie. Elektrolýza predstavuje ekologickejšiu alternatívu, pretože využíva elektrickú energiu na rozklad vody na vodík a kyslík. Napriek tomu je stále drahšia ako výroba na báze metánu a v súčasnosti pokrýva len približne štyri percentá celosvetovej spotreby vodíka.
Iné nové prístupy sa spoliehajú na reakcie vyvolané svetlom na výrobu vodíka z vody. Hoci sú tieto fotonické technológie sľubné, stále nie sú úplne dopodrobna preskúmané a nevieme stopercentne zaručiť, či sú účinné. Navyše sú aj veľmi drahé.
Perovskity sú materiály s mriežkovou štruktúrou, ktoré dokážu absorbovať kyslík do svojej štruktúry a pomáhajú rozkladať zlúčeniny obsahujúce kyslík. Tím vedcov z Birminghamu sa zameral na špecifickú skupinu perovskitov vyrobených z bária, nióbu, vápnika a zo železa. Týchto materiálov je relatívne veľa, nevyžadujú zložité výrobné procesy a neobsahujú žiadne toxické zložky.
Okrem toho dokážu absorbovať kyslík pri oveľa nižších teplotách, ako odborníci doteraz predpokladali. Najlepšie výsledky zo všetkých otestovaných zlúčenín perovskitov dosahoval perovskit s označením BNCF100, ktorý sa dokáže regenerovať pri oveľa nižších teplotách ako už existujúce katalyzátory na rozklad vody. Taktiež vydrží vyrábať vodík vo viac ako desiatich výrobných cykloch. Okrem toho počas výroby nastali len veľmi malé štrukturálne zmeny v materiáli, čo svedčí o vysokej stabilite daného perovskitu, a v porovnaní so zavedenými spôsobmi výroby vodíka je lacnejší.
Zdroje: Journal of Global Science, Science Daily
(RR)
