Naukowcy opracowali tańszy i bardziej energooszczędny sposób wytwarzania wodoru bezpośrednio z wody morskiej, co jest kluczowym krokiem w kierunku prawdziwie rentownego ekologicznego przemysłu wodorowego.
Nowa metoda naukowców z RMIT University dzieli wodę morską bezpośrednio na wodór i tlen – pomijając potrzebę odsalania i związane z tym koszty, zużycie energii i emisje dwutlenku węgla.
Wodór od dawna jest reklamowany jako czyste paliwo przyszłości i potencjalne rozwiązanie krytycznych wyzwań energetycznych, zwłaszcza w branżach, które trudniej jest zdekarbonizować, takich jak produkcja, lotnictwo i transport morski.
Prawie cały wodór na świecie pochodzi obecnie z paliw kopalnych, a jego produkcja odpowiada za około 830 milionów ton dwutlenku węgla rocznie*, co odpowiada rocznym emisjom Wielkiej Brytanii i Indonezji łącznie.
Ale bezemisyjny „zielony” wodór, wytwarzany przez rozszczepianie wody, jest tak drogi, że jest w dużej mierze nieopłacalny komercyjnie i stanowi zaledwie 1% całkowitej światowej produkcji wodoru.
Główny badacz, dr Nasir Mahmood, starszy pracownik naukowy wicekanclerza w RMIT, powiedział, że procesy produkcji zielonego wodoru były zarówno kosztowne, jak i opierały się na świeżej lub odsolonej wodzie.
„Wiemy, że wodór ma ogromny potencjał jako źródło czystej energii, szczególnie dla wielu gałęzi przemysłu, które nie mogą łatwo przejść na odnawialne źródła energii” – powiedział Mahmood.
„Aby być naprawdę zrównoważonym, wodór, którego używamy, musi być w 100% wolny od węgla przez cały cykl życia produkcji i nie może ograniczać cennych światowych rezerw słodkiej wody.
„Nasza metoda produkcji wodoru bezpośrednio z wody morskiej jest prosta, skalowalna i znacznie bardziej opłacalna niż jakiekolwiek podejście do ekologicznego wodoru dostępne obecnie na rynku.
„Mamy nadzieję, że wraz z dalszym rozwojem może to przyspieszyć tworzenie dobrze prosperującego przemysłu ekologicznego wodoru w Australii”.
Złożono tymczasowy wniosek patentowy na nową metodę, szczegółowo opisaną w badaniu laboratoryjnym opublikowanym w czasopiśmie Wiley, Small.
Dzielenie różnicy: katalizator dla wody morskiej
Aby wytworzyć zielony wodór, elektrolizer przesyła prąd elektryczny przez wodę w celu rozbicia go na pierwiastki składowe: wodór i tlen.
Te elektrolizery wykorzystują obecnie drogie katalizatory i zużywają dużo energii i wody – wytworzenie jednego kilograma wodoru może zająć około dziewięciu litrów. Mają też toksyczną moc wyjściową: nie dwutlenek węgla, ale chlor.
„Największą przeszkodą w używaniu wody morskiej jest chlor, który może być wytwarzany jako produkt uboczny. Gdybyśmy mieli zaspokoić światowe zapotrzebowanie na wodór bez uprzedniego rozwiązania tego problemu, produkowalibyśmy rocznie 240 milionów ton chloru – – czyli trzy do czterech razy tyle, ile świat potrzebuje chloru. Nie ma sensu zastępować wodoru wytwarzanego przez paliwa kopalne produkcją wodoru, która mogłaby w inny sposób szkodzić naszemu środowisku “- powiedział Mahmood.
„Nasz proces nie tylko eliminuje dwutlenek węgla, ale także nie wytwarza chloru”.
Nowe podejście opracowane przez zespół z multidyscyplinarnej grupy badawczej ds. materiałów dla czystej energii i środowiska (MC2E) w RMIT wykorzystuje specjalny rodzaj katalizatora opracowanego specjalnie do pracy z wodą morską.
Badanie, z udziałem doktoranta Suraja Loomby, koncentrowało się na produkcji wysoce wydajnych, stabilnych katalizatorów, które można wytwarzać w sposób opłacalny.
“Te nowe katalizatory zużywają bardzo mało energii i mogą być używane w temperaturze pokojowej” – powiedział Mahmood.
„Chociaż opracowano inne eksperymentalne katalizatory do rozszczepiania wody morskiej, są one złożone i trudne do skalowania.
„Nasze podejście skupiało się na zmianie wewnętrznej chemii katalizatorów za pomocą prostej metody, co czyni je stosunkowo łatwymi do wytworzenia na dużą skalę, dzięki czemu można je łatwo zsyntetyzować na skalę przemysłową” – powiedział Loomba.
Mahmood powiedział, że technologia obiecuje znaczne obniżenie kosztów elektrolizerów – na tyle, aby osiągnąć cel rządu australijskiego dotyczący produkcji ekologicznego wodoru na poziomie 2 dolarów za kilogram, aby stał się konkurencyjny w stosunku do wodoru pozyskiwanego z paliw kopalnych.
Naukowcy z RMIT współpracują z partnerami branżowymi nad rozwojem aspektów tej technologii.
Kolejnym etapem badań jest opracowanie prototypu elektrolizera, który łączy w sobie szereg katalizatorów do produkcji dużych ilości wodoru.