Grupa istraživača sa Tehničkog fakulteta za nauku o materijalima i inženjerstvo predstavila je novu tehnologiju za proizvodnju zelenog vodonika korišćenjem obnovljive energije. Njihovo otkriće je nedavno objavljeno u časopisu Prirodni materijali.
Nova tehnologija utjelovljuje značajne prednosti u poređenju sa drugim procesima za proizvodnju zelenog vodonika, a njen razvoj u komercijalnu tehnologiju vjerovatno će smanjiti troškove i ubrzati upotrebu zelenog vodonika kao čiste, održive alternative fosilnim gorivima.
Korišćenje vodonika kao goriva umesto uglja, benzina i „prirodnog“ gasa će smanjiti upotrebu ovih goriva i emisije gasova staklene bašte iz različitih izvora, uključujući transport, proizvodnju materijala i hemikalija i industrijsko grejanje. Za razliku od ovih goriva, koja emituju ugljen-dioksid u atmosferu kada se sagorevaju u vazduhu, vodonik proizvodi vodu i stoga se smatra čistim gorivom.
Međutim, najčešći način proizvodnje vodonika uključuje korišćenje prirodnog gasa (ili uglja) i proces emituje velike količine ugljen-dioksida u atmosferu – čime se poništavaju njegove prednosti kao zelene, održive alternative za fosilna goriva. Godine 2022. globalna potrošnja vodonika iznosila je približno 95 miliona tona — količina pogodna za poboljšanje različitih gorivnih proizvoda, a posebno za proizvodnju amonijaka, koji je potreban za proizvodnju poljoprivrednih đubriva.
Skoro sav vodonik koji se danas troši proizvodi se iz fosilnih goriva, zbog čega se naziva „sivi vodonik“ (napravljen od metana) ili „crni vodonik“ (napravljen od uglja). Proizvodnja vodonika korišćenjem ovih metoda je odgovorna za oko 2,5% godišnje globalne emisije ugljen-dioksida u atmosferu kao rezultat ljudskih aktivnosti. Zamena sivog vodonika zelenim vodonikom je neophodna kako bi se smanjio ovaj značajan izvor emisija i zamenila zagađujuća fosilna goriva čistim, održivim vodonikom.
Različite procene predviđaju da će zeleni vodonik verovatno činiti oko 10% globalnog energetskog tržišta uz neto nulte emisije – trenutni cilj za ublažavanje klimatskih promena i globalnog zagrevanja kao posledica efekta staklene bašte zbog povećane koncentracije ugljen-dioksida u atmosfera. To je razlog ogromnog značaja zelenog vodonika u borbi protiv globalnog zagrevanja.
Zeleni vodonik se proizvodi elektrolizom — elektrohemijskom razgradnjom vode na kiseonik i vodonik korišćenjem energije iz obnovljivih izvora kao što su vetar i sunce. Elektroliza je otkrivena pre više od 200 godina i od tada je pretrpela mnogo razvoja i poboljšanja. Međutim, i dalje je preskup za proizvodnju zelenog vodonika po konkurentnoj ceni.
Jedan od tehnoloških izazova koji ograničavaju upotrebu elektrolize za proizvodnju velikih količina zelenog vodonika — količine koje bi pomogle u postizanju planova za postizanje neto nulte emisije ugljenika — je potreba za skupim membranama, zaptivkama i zaptivnim komponentama za razdvajanje katodnog i anodnog odeljka. .
Pre nekoliko godina, Technion istraživači su predstavili inovativnu i efikasnu tehniku elektrolize koja ne zahteva membranu i zaptivanje za razdvajanje dva dela ćelije, pošto se vodonik i kiseonik proizvode u različitim fazama procesa, za razliku od uobičajene elektrolize. gde se stvaraju istovremeno.
Ovaj novi proces, nazvan E-TAC, razvili su dr Hen Dotan i dr Avigejl Landman pod nadzorom prof. Avnera Rotšilda i prof. Gideona Grejdera. Udružili su se sa preduzetnikom Talmonom Markom da bi ispunili potencijal procesa i razvili komercijalne aplikacije.
Istraživači iz grupe prof. Rothschilda u Technionu sada predstavljaju proces u kome se vodonik i kiseonik proizvode istovremeno u dve odvojene ćelije, za razliku od E-TAC procesa gde se proizvode u istoj ćeliji, ali u različitim fazama. Novi proces je razvio Ilia Slobodkin u okviru svoje magistarske teze, uz pomoć višeg istraživača dr Elene Davidove i dr Ane Brejtus i studenta master studija Matana Sananisa.
Ovaj novi proces zaobilazi operativne izazove i ograničenja čvrste elektrode gde se kiseonik proizvodi u E-TAC tehnici zamenom sa NaBr vodenim elektrolitom u vodi. Ova zamena otvara put za kontinuirani proces (za razliku od serijskog procesa sa E-TAC) i ukida potrebu da se hladni i topli elektroliti naizmenično provlače kroz ćeliju.
Bromidni anjoni u elektrolitu se oksiduju u bromat dok proizvode vodonik na katodi, a zatim teku sa vodenim elektrolitom u drugu ćeliju, gde se vraćaju u prvobitno stanje dok u isto vreme proizvode kiseonik, i ovaj proces stalno se ponavlja.
Na ovaj način se vodonik i kiseonik proizvode istovremeno u dve odvojene ćelije u kontinuiranom procesu bez ikakvih promena temperature, za razliku od E-TAC. Štaviše, kiseonik se proizvodi u vodenom elektrolitu, a ne u čvrstoj elektrodi kao u E-TAC, i stoga ne zavisi od ograničenja brzine i kapaciteta tipičnih za te tipove elektroda, kao što su punjive baterije.
U članku objavljenom u časopisu Prirodni materijali istraživači opisuju svoje osnovne eksperimente koji dokazuju preliminarnu izvodljivost predloženog procesa i predstavljaju rezultate koji pokazuju njegovu visoku efikasnost i sposobnost da radi na visokoj električnoj struji, što znači da se vodonik može proizvoditi pri visokoj stopa. U isto vreme, još je dug put do razvoja nove tehnologije zasnovane na naučnom otkriću opisanom u članku. Takva tehnologija će verovatno prevazići mnoge prepreke na putu ka industrijskoj proizvodnji zelenog vodonika kao održive alternative fosilnim gorivima.
