Energiaátmenet: hidrogén a napfényből
Teljesen károsanyag-kibocsátásmentes és korlátlan ideig elérhető: Ha a hidrogént csak vízből és napfényből lehetne előállítani, az óriási előrelépés lenne az energiaátmenet szempontjából. A göteborgi Chalmers Egyetem Ergang Wang által vezetett kutatócsoportja a közelmúltban fontos felfedezést tett az út során.
A svéd kutatók körülbelül két évig dolgoztak a projekten: a vízben katalizátorként lebegő apró műanyag részecskék a napfényt közvetlenül műanyaggá alakították. Az ilyen katalizátoros eljárást fotokatalízisnek nevezik, és ez nem új keletű.
A tudósok vezetőképes műanyagokat, úgynevezett konjugált polimereket használtak. A fémeket a mai napig elsősorban olyan kémiai reakció elindítására használták, amelyben a hidrogént fénysugarak állítják elő. „Ez a módszer általában platinát használ” – számol be Alexandre Holmes posztdoktori kutató –, de drága, és csak korlátozott mennyiségben áll rendelkezésre.
A hidrogén olyan energiaforrás, amely használat közben nem bocsát ki CO-t2 kiutasítja. Igazán klímabarát azonban csak akkor, ha klímabarát módon állítják elő. Jelenleg a hidrogén 95 százalékát még mindig fosszilis alapú eljárásokkal állítják elő. Környezetbarátabb, elektrolitikus és fotokatalitikus eljárásokon már régóta dolgoznak, de ez idáig nem érték el a hagyományos eljárások hatékonyságát.
Alexandre Holmes és munkatársai speciális feldolgozási technikákat alkalmaztak egy vezetőképes műanyag kifejlesztésére, amely apró részecskékben oszlik el a vízben. A hidrogén ily módon történő előállítása úttörő lehet. Azonban még mindig vannak akadályok, amelyeket le kell győzni.
Itt szeretnénk megmutatni a külső tartalmakat. Ön dönti el, hogy szeretné-e látni ezt az elemet is:
A jövedelmezőség miatt továbbra is meghiúsul
„A hidrogén előállításához a vizet hidrogénné redukáljuk úgy, hogy eltávolítunk két elektront a vezetőképes műanyagainkból, de ez azt is jelenti, hogy ezeket az elektronokat újra vissza kell nyerni” – magyarázza a kihívást a posztdoktori. „Ideális esetben ezeket az elektronokat víz oxidálásával, hidrogén és oxigén előállításával nyernék, aminek a leggazdaságosabb lenne. A probléma az, hogy ezt még nem tudjuk megtenni, mert a víz oxidálása nagyon nehéz.”
Tehát a Chalmers Egyetem C-vitamint használt, ami drágább, mint a hidrogén: „Tehát meg kell találnunk a módját, hogy elkerüljük a C-vitamin használatát, vagy esetleg alternatívákat kell találnunk a regenerálására.” Ez azt jelenti, hogy ennek a hidrogéntermelésnek a gazdasági életképessége még mindig korlátozott. És mindaddig, amíg a gazdasági életképesség nem érhető el, a fotokatalitikus rendszerek nem helyettesíthetik a hagyományos hidrogéntermelést.
Egy másik kényes pont a palládium felhasználása a vezetőképes műanyagok szintetizálására: „A fontos kérdés számunkra: van-e hatása a palládiumnak a hidrogéntermelésre? Ezért ki kell derítenünk, hogy ez a maradék palládium részt vesz-e a fotokatalitikus folyamatban” – mondja Holmes. A tudós úgy véli, hogy valószínűleg öt-tíz éven belül sikerül megoldást találni.
A göteborgi kutatók számára mindenesetre egyértelmű, hogy munkájuk megkérdőjelezi azt a korábbi paradigmát, miszerint a szerves anyagokhoz vagy nemesfémek – katalizátorok, vagy kétkomponensű rendszerek – felhasználására van szükség a magas szintű hidrogéntermelés eléréséhez. Alexandre Holmes: „Ezek az eredmények megalapozzák a fémmentes szerves fotokatalizátorok új generációját, amely képes megbirkózni a globális energia- és fenntarthatósági kihívásokkal.”
A legnagyobb értékesítési piac a vegyipar
A Fraunhofer IKTS innovatív hidrogéntechnológiákon is dolgozik. „Most a legfontosabb az ipar szén-dioxid-mentesítése” – mondja Karl Skadell hidrogéntechnológus, az általános keretet meghatározva –, és már ma is nagy mennyiségben van szükségünk hidrogénre. A legnagyobb értékesítési piac a vegyipar vagy a műtrágyagyártás, enélkül a világ nyolcmilliárd lakosát aligha lehetne megetetni.
A Fraunhofer IKTS hidrogéntechnológiai csoportvezetőjének szemszögéből a kézenfekvő lépés a „technikailag kifinomult” vízelektrolízis „skálázása”, amellyel immár villamosenergia-ellátással, ideális esetben fenntartható forrásból lehet hidrogént előállítani.
Mindenesetre kollégái a Fraunhofer IKTS-nél a „NeoPEC” projektjük részeként egy fotoelektrokémiai eljárást is kidolgoztak, amelynek során a félvezetőkkel bevont üveg rövid- és hosszúhullámú fényt nyel el egy víztartályban, hogy végül hidrogént állítson elő a vízből.
Végül Alexandre Holmes posztdoktor a Chalmers Egyetemen dolgozó csapat egyik legfontosabb feladatának azt látja, hogy „valóban” megértse, miért működik különösen jól ez a „vezető katéterezés”: „Mert ha megértjük, hogyan működik kémiai szinten, azaz hogyan megy végbe a tényleges reakció, akkor megpróbálhatunk még erősebb anyagokat is kifejleszteni – esetleg olyan anyagokat, amelyek kiegészítik egymást, és például a víz oxidációját is vezethetik.”
A működésének megértése ezért kulcsfontosságú ezen anyagok teljesítményének és jövedelmezőségének további növeléséhez: „Jelenleg ez az egyik legnagyobb kihívás. De remélhetőleg a jövőben jobban megértjük majd.”
