Odkrycie naukowców z Uniwersytetu Stanforda pozwoli na przemysłowe pozyskiwanie wodoru z wody morskiej
Wodór coraz częściej określany jest mianem paliwa przyszłości. Najprościej pozyskać go z wody, która staje się niestety coraz cenniejszym surowcem. Chyba że mówimy o wodzie morskiej...
Do niedawna taki proces był niemożliwy. Chodzi o sól, która sprawia, że elektrody wykorzystywane w procesie elektrolizy wody błyskawicznie korodowały. Naukowcom z Uniwersytetu Stanforda udało się jednak rozwiązać ten problem.
Pozyskiwanie wodoru z wody morskiej.
Sama koncepcja produkcji wodoru z wody nie jest strasznie skomplikowana. Wystarczy wykorzystać do tego celu proces elektrolizy: źródło zasilania łączy się z dwiema elektrodami umieszczonymi w wodzie. Pęcherzyki wodoru pojawiają się na ujemnym końcu zwanym katodą, a po stronie anody (dodatni koniec) ulatnia się tlen.
Ujemnie naładowany chlorek w soli morskiej nieco komplikuje ten proces. Chodzi tutaj o korozję anody, która w ogromnym stopniu skraca żywotność całego systemu. Hongjie Dai, J.G. Jackson i C.J. Wood to trzej naukowcy z Uniwersytetu Stanforda, którzy rozwiązali ten problem.
Naukowcy odkryli, że jeśli pokryją anodę warstwami bogatymi w ładunki ujemne, będą one w stanie skutecznie odpychać chlorek i spowolnić rozpad leżącego pod nimi metalu. Swoją koncepcję przetestowali nakładając wodorotlenek niklu i żelaza na siarczek niklu, który pokrywa rdzeń zrobiony z pianki niklowej. Sama pianka działa jak przewodnik - transportuje energię elektryczną ze źródła. Z kolei wodorotlenek niklu i żelaza wywołuje elektrolizę, oddzielając wodę na tlen i wodór.
Podczas tego procesu siarczek niklu przekształca się w ujemnie naładowaną warstwę, która chroni anodę. Działa to podobnie, jak w przypadku odpychania się ujemnych końcówek magnesów - ujemnie naładowana warstwa odpycha chlorek i uniemożliwia dotarcie do metalu rdzenia.
Poprzednie badania próbujące rozdzielić wodę morską na paliwo wodorowe eksplorowały pomysł z wykorzystaniem małego natężenia prądu. Było spowodowane to tym, że im mniejsze natężenie, tym mniejsze zjawisko korozji. Jak łatwo się jednak domyślić, mniejsze natężenia znacznie wydłużały proces oddzielania wodoru od tlenu, przez zastosowanie tego procesu w przemyśle mijał się z celem. Dai, Jackson i Wood byli w stanie przewodzić do 10 razy więcej energii elektrycznej przez swoje urządzenie wielowarstwowe - takie tempo produkcji wodoru jest już jak najbardziej akceptowalne.
Nowa metoda jest jak najbardziej skalowalna
Członkowie zespołu przeprowadzili większość swoich testów w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, gdzie mogli regulować ilość energii elektrycznej wchodzącej do systemu. Oprócz tego zaprojektowali też napędzaną energią słoneczną maszynę demonstracyjną, która produkowała wodór i tlen z wody morskiej z Zatoki San Francisco.
— Imponującą rzeczą w tym eksperymencie było to, że byliśmy w stanie operować takim samym natężeniem prądu, jakie wykorzystywane jest w dzisiejszym przemyśle - powiedział Kenney.
Odkrycie to na pewno nie przejdzie bez echa
Era paliw kopalnych powoli dobiega końca. Koncerny motoryzacyjne od kilku lat promują auta napędzane energią elektryczną, jednak masowe przejście na ten rodzaj napędu jest jak na razie mało realne. Po pierwsze - czas ładowania akumulatorów litowo-jonowych jest nieporównywalnie dłuższy od czasu potrzebnego na napełnienie baku tradycyjnym paliwem. Po drugie - jeśli np. jutro zastąpilibyśmy wszystkie samochody napędzane tradycyjnymi paliwami samochodami elektrycznymi, to najprawdopodobniej żadna sieć energetyczna nie wytrzymałaby takiego obciążenia. Nie mówiąc już o znikomej liczbie samych ładowarek…
Napęd wodorowy rozwiązuje wszystkie powyższe problemy. Sam proces tankowania nie różni się zbytnio od zalewania baku benzyną czy olejem napędowym. Wodorowe samochody pozbawione są też najpoważniejszych wad występujących w elektrykach, czyli małego zasięgu i długiego czasu ładowania akumulatorów. Jedynym poważnym minusem wodoru jest jego cena. W Berlinie 1 kg wodoru kosztuje 9,5 euro (cena nie zmieniła się od dawna). Wodorowa Toyota Mirai, którą testowaliśmy, zużywa od 0,9 do 1,2 kg na 100 km, czyli średnio wychodzi ponad 40 zł za 100 km. Nie jest to więc szczególna oszczędność w porównaniu z hybrydą, dieslem lub mały silnikiem benzynowym przerobionym na LPG.
A raczej: na razie nie jest. Jeśli nowa metoda opracowana przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda przyjęłaby się, koszt produkcji wodoru zapewne by się zmniejszył. Nie mówiąc już o tym, że w przypadku uruchomienia masowej produkcji H2 z wody morskiej, dostalibyśmy do ręki potężne narzędzie do walki z rosnącym poziomem mórz i oceanów, który według wielu naukowców może w niedalekiej przyszłości doprowadzić do migracji klimatycznych na masową skalę. Ostatnim plusem jest oczywiście to, że samochody wodorowe nie emitują do atmosfery żadnych zanieczyszczeń. Zamiast tego z rury wydechowej wylatuje… czysta para wodna.
Pytanie tylko, czy przemysł motoryzacyjny, który aktualnie promuje nowe samochody elektryczne, ucieszy się z nowej, bardzo wydajnej metody zamiany wody morskiej w wodór.
