Zespół z Chalmers opracował niedrogą metodę wytwarzania wodoru przy użyciu światła słonecznego i polimerów, eliminując platynę.
- Wodór słoneczny bez metali krytycznych.
- Plastiki przewodzące jako fotokatalizatory.
- Niższe koszty, mniejsza zależność geopolityczna.
- Mniejszy wpływ na środowisko materiałów.
- Możliwość skalowania, ale przed nami jeszcze wyzwania.
Wodór słoneczny bez platyny: cicha, ale głęboka zmiana
Produkcja wodoru z energii słonecznej właśnie zrobiła niepozorny, ale decydujący krok naprzód. Zespół kierowany przez Chalmers University of Technology wykazał, że możliwe jest wydajne wytwarzanie wodoru bez użycia platyny, jednego z najrzadszych, najdroższych i najbardziej problematycznych metali na naszej planecie.
Eksperyment jest niemal hipnotyzujący: światło symulujące słońce, woda, nanocząsteczki przewodzącego plastiku… i bąbelki wodoru pojawiające się w sposób ciągły. Nie ma tu egzotycznych technologii ani niemożliwych do zdobycia materiałów. Wręcz przeciwnie. Jest to propozycja, która ma na celu uproszczenie łańcucha produkcji zielonego wodoru, a nie jego komplikowanie.
W kontekście, w którym wodór jawi się jako kluczowy wektor dekarbonizacji przemysłu, transportu ciężkiego lub magazynowania sezonowego, sposób jego produkcji ma tak samo duże znaczenie jak jego zastosowanie.
Problem platyny: wydajność z ukrytymi kosztami
Przez lata platyna była jokerem fotokatalizy. Działa dobrze. Bardzo dobrze. Jednak jej dostępność jest ograniczona, wydobycie jest agresywne dla środowiska, a produkcja skoncentrowana w kilku krajach, co dodaje ryzyko geopolityczne do każdego wdrożenia na dużą skalę.
Ponadto stawianie na technologie zależne od materiałów krytycznych często przenosi problem klimatyczny w inne miejsce: kopalnie, konflikty, niewidoczne lokalne skutki. Rozwiązanie jednej rzeczy, aby pogorszyć inną. Zły pomysł.
Dlatego wyeliminowanie platyny to nie tylko postęp techniczny. To decyzja strategiczna.
Nowe podejście opublikowane w Advanced Materials
Praca opublikowana w Advanced Materials pokazuje, w jaki sposób tworzywa przewodzące, a konkretnie polimery sprzężone, mogą pełnić rolę fotokatalizatora. Absorbują one światło, mobilizują elektrony i ułatwiają reakcję, która oddziela wodór od wody.
Żadnych metali szlachetnych. Żadnych ekstremalnych procesów. Tylko dobrze dopracowana konstrukcja materiałów.
Badacz Alexandre Holmes, jeden z głównych autorów, podsumowuje to jasno: nie chodzi tylko o zastąpienie platyny, ale o prześcignięcie jej wydajności dzięki bardziej dostępnym i zrównoważonym materiałom.
Wyleczenie „strachu przed wodą”: klucz do sukcesu
Oto było wąskie gardło. Polimery sprzężone doskonale pochłaniają światło, ale tradycyjnie nie radzą sobie dobrze z wodą. A bez wody nie ma wodoru.
Rozwiązanie przyszło z inżynierii molekularnej. Dostosowując wewnętrzną strukturę polimeru i przekształcając go w bardziej hydrofilowe nanocząsteczki, zespół sprawił, że materiał lepiej współdziałał z otoczeniem wodnym.
Większa powierzchnia aktywna. Większy kontakt z wodą. Większa wydajność. Czasami postęp nie polega na dodawaniu nowych elementów, ale na lepszym ich uporządkowaniu.
Wynik: przy użyciu zaledwie 1 grama materiału można wygenerować 30 litrów wodoru na godzinę w warunkach laboratoryjnych. Bez platyny. Bez żadnych sztuczek.
Poza laboratorium: lepsza produkcja, mniej zanieczyszczeń
Kolejna ważna i nie mniej istotna kwestia: równoległe badania przeprowadzone w Chalmers wykazały, że te przewodzące tworzywa sztuczne można wytwarzać bez użycia szczególnie toksycznych chemikaliów i przy użyciu bardziej ekonomicznych procesów.
To zmienia sytuację. Ponieważ czysta technologia, która wymaga brudnych procesów, przestaje być tak czysta. Tutaj zaczyna pojawiać się spójność.
Ponadto polimery sprzężone są już wykorzystywane w elektronice organicznej, czujnikach, inteligentnych tekstyliach lub urządzeniach biomedycznych. Nie są to materiały eksperymentalne bez zastosowania przemysłowego. To ma znaczenie.
Kolejne wyzwanie: pożegnanie z witaminą C
Obecnie system wykorzystuje witaminę C jako środek ofiarny. Jej funkcja jest prosta: oddaje elektrony i zapobiega zablokowaniu reakcji. W laboratorium to działa.
W rzeczywistości niekoniecznie.
Ostateczny cel jest bardziej ambitny: rozdzielenie wody na wodór i tlen przy użyciu wyłącznie światła słonecznego i wody. Bez dodatków. Bez zewnętrznego wsparcia. Prawdziwy wodór słoneczny.
Profesor Ergang Wang przyznaje to bez ogródek: zajmie to czas. Prawdopodobnie lata. Ale kierunek jest jasny, a droga, co zaskakujące, wydaje się krótsza niż oczekiwano.PotencjałTechnologia ta otwiera drzwi do zdecentralizowanych systemów produkcji wodoru, które można zintegrować ze środowiskami przemysłowymi, wiejskimi, a nawet izolowanymi instalacjami. Bez konieczności importowania krytycznych materiałów. Bez wielkiej złożoności.
W perspektywie średnioterminowej może to ułatwić wykorzystanie wodoru w trudnych do elektryfikacji procesach przemysłowych, magazynowaniu nadwyżek energii słonecznej lub produkcji paliw syntetycznych o mniejszym wpływie na środowisko.W perspektywie długoterminowej zachęca do ponownego przemyślenia wodoru nie jako luksusowej technologii, ale jako dostępnego narzędzia, spójnego z ograniczeniami naszej planety.
Nie rozwiąże on samodzielnie kryzysu klimatycznego. Ale jest dodatkowym atutem. A w tej chwili dobry atut jest już zwycięstwem.