Paliwo produkowane z wody morskiej

Rozpowszechnione dziś elektrolizery wymagają stosowania czystej wody, gdyż woda morska powoduje ich szybką korozję. Nowe odkrycie pozwala produkować paliwo do samochodów na wodorowe ogniwa paliwowe, korzystając z ogromnych zasobów mórz i oceanów – również w tych miejscach, gdzie zasoby wody pitnej są ograniczone.

Samochody elektryczne zasilane wodorem to względnie nowa technologia, po którą sięga jednak coraz więcej firm motoryzacyjnych. Największym producentem aut na wodorowe ogniwa paliwowe jest Toyota, która dostarcza swojego wodorowego sedana Mirai klientom w Europie, Japonii, Ameryce Północnej, Australii i na Bliskim Wschodzie. Z kolei Lexus zaprezentował oparty na tej samej technologii koncepcyjny model LF-FC na targach w Tokio w 2015 roku i obecnie pracuje nad autem produkcyjnym.

Inne modele na wodorowe ogniwa paliwowe oferowane na świecie to Hyundai Nexo i Honda Clarity FCV. Mercedes-Benz jest w trakcie pilotażowego programu leasingu modelu GLC F-CELL w Niemczech i Japonii. Samochody na wodór stanowią atrakcyjną alternatywę zarówno dla aut spalinowych ze względu na brak szkodliwych emisji, jak i dla pojazdów elektrycznych na baterie za sprawą krótkiego czasu tankowania wodoru i dużego zasięgu.

Wodór można produkować na kilka sposobów – m.in. w wyniku reformingu parowego metanu, którego źródłem mogą być odpady komunalne czy rolnicze, oraz w procesie elektrolizy wody. Elektroliza, której produktem są wyłącznie wodór i tlen, to od dawna znana i wykorzystywana technologia. Jest to najbardziej ekologiczny sposób produkcji wodoru – tym bardziej jeśli do zasilania elektrolizera zostanie wykorzystana energia odnawialna. Co więcej, jest całkowicie skalowalna – elektrolizery produkujące wodór mogą być zarówno niewielkimi przydomowymi urządzeniami, jak i mieć rozmiary przemysłowe. Wodór jest atrakcyjną formą zasilania samochodów, gdyż jego wykorzystanie nie powoduje emisji dwutlenku węgla ani toksycznych substancji – jedynym produktem ubocznym reakcji wodoru i tlenu w ogniwach paliwowych jest woda.

Produkcja wodoru z wody stanowi atrakcyjną alternatywę dla paliw kopalnych, zarówno w motoryzacji, jak i w energetyce i przemyśle. W wielu częściach świata problemem może być jednak ograniczony dostęp do czystej wody. Zespół naukowców Uniwersytetu Stanforda opracował metodę produkcji wodoru z wody morskiej. Kalifornijscy naukowcy zbudowali urządzenie wykorzystujące elektrody odporne na korozję spowodowaną wpływem jonów chlorku. Odkrycie zostało opublikowane w marcu przez profesora Hongjie Dai i jego zespół w magazynie naukowym „Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Elektroliza wody to prosty proces, znany od dawna – wystarczy umieścić w wodzie dwie elektrody podłączone do prądu. Przy ujemnej elektrodzie (katodzie) uwalniają się pęcherzyki wodoru, a tlen przy elektrodzie dodatniej (anodzie). Wszystko przebiega gładko, jeśli woda jest czysta, jednak naładowane ujemnie jony chlorku w słonej wodzie powodują szybką korozję anody. Zespołowi chemików pod kierunkiem Hongjie Dai udało się powstrzymać ten proces. Odkryli, że jeśli pokryją anodę warstwami bogatymi w ładunki ujemne, będą one odpychały jony chlorku i spowolnią korozję znajdującej się pod nimi metalowej elektrody. Naukowcy zastosowali do tego celu wodorotlenek niklu i żelaza na warstwie siarczku niklu, pokrywającej piankę z niklu.

Podczas elektrolizy siarczek niklu zyskuje naładowanie ujemne, chroniąc anodę. Działa to na tej samej zasadzie jak odpychające się ujemne krańce magnesów. Bez tego zabezpieczenia dodatnia elektroda może działać w wodzie morskiej zaledwie przez 12 godzin, po czym się rozpada. Warstwa siarczku niklu wydłuża jej żywotność do ponad tysiąca godzin.

Pierwsze badania zostały przeprowadzone w laboratorium, gdzie przepływ prądu był ściśle regulowany. Potem jednak naukowcy podłączyli urządzenie do panelu fotowoltaicznego, z powodzeniem produkując wodór z wody Zatoki San Francisco w warunkach dalekich od laboratoryjnych. Pokazali w ten sposób, że urządzenie może współpracować z wykorzystywanymi szeroko systemami do produkcji wodoru z czystej wody.

Nowa metoda jest na tyle prosta, że może zostać bardzo szybko wdrożona, otwierając nowe możliwości zwiększenia produkcji wodoru przy użyciu energii słonecznej czy wiatrowej. Wystarczy wstawić nowy rodzaj elektrod do istniejących systemów elektrolizy wody. Co ciekawe, rozwiązanie to może także ułatwić eksplorację oceanów, dzięki łatwej produkcji tlenu z wody morskiej bezpośrednio na pokładzie łodzi podwodnej.

Źródło: Toyota