Australijscy naukowcy z RMIT University pracują nad stworzeniem katalizatora, dzięki któremu możliwa będzie ekologiczna i efektywna ekonomicznie produkcja wodoru z wody morskiej. Nowa metoda polega na bezpośrednim rozszczepianiu cząsteczek wody na wodór i tlen, bez konieczności odsalania wody i związanej z nią dużej konsumpcji energii. Koszt wytworzenia w ten sposób wodoru ma być czterokrotnie niższy niż obecnie. Materiał, z którego będzie zbudowane urządzenie, jest niedrogi, a jego produkcja łatwo skalowalna. W procesie elektrolizy prowadzonym z jego wykorzystaniem nie dochodzi do emisji chloru i dwutlenku węgla.
– Poszukujemy sposobu bezpośredniego wykorzystania wody morskiej do ekologicznej produkcji wodoru bez żadnych zanieczyszczających środowisko produktów ubocznych, wynikających z używanych materiałów albo z samego procesu. Taki jest cel naszych badań – informuje w wywiadzie dla agencji Newseria Innowacje dr Nasir Mahmood z Royal Melbourne Institute of Technology. – Opracowujemy katalizator, który będzie można włączyć do procesu elektrolizy bezpośrednio wykorzystującego wodę morską, w którym można wytwarzać wodór przy dużo niższym zużyciu energii z ekologicznego źródła wody, z wysoką efektywnością energetyczną i trwałością. Opracowaliśmy szereg materiałów, które mieliśmy już okazję testować.
Jeden z nich został już wdrożony i przebadany w warunkach przemysłowych, na niskim i wysokim szczeblu oraz w komercyjnych urządzeniach do elektrolizy przy wysokiej gęstości prądu od 1 do 2 jednostek.
Katalizator, nad którym pracuje zespół dr. Nasira Mahmooda, jest
zbudowany z domieszkowanych azotem porowatych arkuszy fosforku niklu
i molibdenu. Charakterystyczną cechą tego materiału są duże, jednorodne
pory, które zapewniają większą aktywność katalityczną i szybsze
przenoszenie masy poddawanej procesowi. Zastosowanie tego materiału
nie wiąże się z wysokim kosztem, a produkcja wodoru mogłaby być łatwo
skalowalna.
– Mamy praktycznie nieograniczone zasoby wody
morskiej – dlaczego by ich nie wykorzystać? Woda morska ma wiele zalet,
chociaż zwraca się uwagę, że produktem ubocznym jej zastosowania jest
chlor. To kluczowe wyzwanie, bo ilość wytwarzanego chloru będzie trzy do
czterokrotnie większa niż cała światowa produkcja tego pierwiastka.
Oznacza to, że każdego roku do środowiska trafiałoby ponad 150 mln t
chloru. Byłby to kolejny rodzaj toksycznego gazu cieplarnianego, więc
musielibyśmy zacząć szukać rozwiązania tego problemu – podkreśla
naukowiec z Royal Melbourne Institute of Technology.
Co
więcej, obecnie stosowane elektrolizery w procesie produkcji wodoru
z wody morskiej emitują bardzo dużo dwutlenku węgla i chloru. Nowego
typu katalizator eliminuje emisję obu z nich. Ponadto rozwiązuje też
problem wskazywanej jako przeszkodę ekonomiczną konieczności odsalania
wody morskiej przed rozpoczęciem produkcji wodoru. Taka organizacja
procesu wymagałaby bowiem dużych nakładów inwestycyjnych, a na
większości statków nie udałoby się nawet zmieścić urządzeń do odsalania
wody. W grę nie wchodzi również wykorzystywanie zasobów wody słodkiej,
bo są one bardzo ograniczone.
– Zapotrzebowanie na wodór
bardzo dynamicznie rośnie i wygląda na to, że może być on kluczem do
spełnienia następnego celu emisyjnego wyznaczonego na 2050 rok. Aby
spełnić ten wymóg, konieczna jest ogromna ilość wodoru. Niektóre
szacunki mówią nawet o 2 mld t. Obecnie trudno to sobie wyobrazić, bo
aby spełnić ten wymóg, potrzebujemy około 20,5 mld t wody, a jeśli
zużyjemy całą słodką wodę do produkcji wodoru, to co będziemy
pili? – pyta dr Nasir Mahmood.
Koszt produkcji wodoru
w technologii proponowanej przez australijskich naukowców wynosi około 2
dol. za kilogram. Obecnie koszt produkcji w tradycyjnym procesie
elektrolizy to co najmniej 7–8 dol.
– Wynika to z tego, że w tradycyjnej elektrolizie z użyciem najlepszych elektrolizerów zużywa się ok. 60 kW energii do wyprodukowania 1 kg wodoru – naprawdę sporo. Dlatego międzynarodowe agencje wyznaczyły cel – jeśli chcemy sprawić, aby wodór był opłacalny, to musimy obniżyć to zużycie energii poniżej 40. Nad tym właśnie pracujemy – podkreśla ekspert.
– Naszym celem
jest bliska współpraca z partnerami i integracja naszych materiałów
z komercyjnymi urządzeniami do elektrolizy, abyśmy mogli produkować
wodór nie na kilogramy, ale na tony, bo tego wymaga od nas przyszłość.
Takie założyliśmy sobie cele i chcemy wprowadzić nasz produkt na rynek
do 2025 roku.
Dziś większość światowego wodoru pochodzi
z paliw kopalnych, a jego produkcja odpowiada za emisje ok. 830 mln t
CO2 rocznie, czyli tyle, ile wynoszą łączne emisje Wielkiej Brytanii
i Indonezji. Produkcja zielonego wodoru, wytwarzanego z wody, jest na
razie tak droga, przez co nieopłacalna, że odpowiada zaledwie za ok. 1
proc. światowego rynku. Raport Precedence Research ocenia, że w 2022
roku rynek zielonego wodoru był wart nieco ponad 4 mld dol., a za 10 lat
będzie to już blisko 332 mld dol., co oznacza średnioroczny wzrost na
poziomie blisko 55 proc.
– Wodór może być zastosowany
wszędzie. Może stanowić źródło energii w branży chemicznej, produkcji
stali, nawozów i w wielu innych sektorach. Możemy też wykorzystywać go
bezpośrednio jako paliwo. Wszystkie firmy motoryzacyjne pracują nad
rozwiązaniem, które pozwoli na przejście od obecnych silników
spalinowych na silniki oparte o wodór. Oczywiście wiąże się to
z koniecznością opracowania nowych protokołów bezpieczeństwa
i standardów korzystania z takiego paliwa, ale stosowne badania trwają.
Wodór może być też używany w pojazdach z ogniwami paliwowymi, które
stanowią rodzaj pojazdów elektrycznych. W takich silnikach wodór zostaje
przekształcony w prąd, który zasila pojazdy – wymienia naukowiec.
– Jeśli uda się obniżyć koszty i umożliwić realne wykorzystanie wody
morskiej, to może pojazdy napędzane wodorem staną się preferowanym
wyborem wobec pojazdów elektrycznych.
fot. Depositphotos
Wodór stworzy rynek wart 1,4 bln dolarów rocznie
Spółka MidOcean Energy należąca do EIG przejmuje 20% udziałów w Peru LNG
Gaz-System: kierunki rozwoju to biometan, wodór i CO2
Morskie farmy wiatrowe Bałtyk z nową identyfikacją wizualną i serwisem internetowym
Prezes Grupy Azoty zapowiada zaktualizowanie strategii w ciągu 12 miesięcy
Nexans finalizuje umowę serwisową z Equinor