Pozrite si
Väčšina vodíka sa dnes vyrába zo zemného plynu parnou reformáciou metánu, ktorý je jeho súčasťou, pomocou vodnej pary, za vysokej teploty a pod tlakom. Vzniká pritom, okrem iného, aj oxid uhličitý. Ak sa tieto emisie v rámci technologického procesu zachytávajú a ukladajú, hovoríme o „modrom“ vodíku. Ten je oproti „zelenému“ vodíku, vyrobenému elektrolýzou vody pomocou elektriny z obnoviteľných zdrojov, minimálne o polovicu lacnejší, čo je silný argument v jeho prospech.
Ekologická stopa parnej reformácie metánu je však veľká aj pri zachytávaní CO2. Ako vyriešiť túto dilemu? Jednou z ciest je zefektívniť výrobu „zeleného“ vodíka. Riešenie ponúkajú inžinieri z RMIT’s School of Engineering v Melbourne, ktorí použili zvukové vlny na 14-násobné zvýšenie produkcie zeleného vodíka prostredníctvom elektrolýzy.
Obsah pokračuje pod reklamou
Použitím vysokofrekvenčných vibrácií v podobe povrchovo odrazených objemových vĺn (surface reflected bulk waves, SRBW) o frekvencii až 10 MHz pri rozklade molekúl vody počas elektrolýzy sa tímu podarilo uvoľniť 14-krát viac vodíka v porovnaní so štandardnými technikami elektrolýzy.
Pri elektrolytickej výrobe vodíka prúdi elektrina cez vodu medzi dvoma elektródami, pričom sa molekuly vody rozdeľujú na molekuly kyslíka a vodíka, ktoré sa vylučujú v podobe bubliniek. Tento proces je energeticky vysoko náročný a zatiaľ pokrýva len malú časť globálnej výroby vodíka.
S elektrolyzérmi sú spojené aj vysoké investičné náklady na elektródové materiály, ako je platina alebo irídium. Tie sa používajú ako katalyzátory.
Podľa docenta Amgada Rezka z RMIT, ktorý viedol výskum, inovácia rieši veľké výzvy pri výrobe zeleného vodíka. Vďaka ultrazvukovým vlnám, ktoré výrazne uľahčujú extrakciu vodíka z vody, eliminuje potrebu používať korozívne elektrolyty a drahé elektródy s obsahom platiny, alebo irídia. Namiesto toho sa dajú použiť oveľa lacnejšie elektródové materiály, ako je striebro.
Snímky časových radov získané pomocou vysokorýchlostnej kamery (10 000 snímok/s) ukazujúce rast bublín na elektródach v tichých podmienkach (hore) a pri budení ultrazvukom pri 20 dBm (spodný riadok). Bubliny produkované v kľude rastú na kritickú veľkosť ≈450 µm, kým sa oddelia od povrchu, zatiaľ čo bubliny pri budení SRBW sú rýchlo odstránené skôr, ako môžu ďalej rásť nad cca 40 µm.
Zvukové vlny tiež zabránili hromadeniu bublín vodíka a kyslíka na elektródach, čo výrazne zlepšilo ich vodivosť a stabilitu, uviedla spoluautorka výskumu Yemima Ehrnst. Pri bežnej elektrolýze elektródové materiály trpia hromadením vodíka a kyslíka. Vytvárajú vrstvu plynu, ktorá znižuje aktivitu elektród a tým výrazne aj ich výkon.
Výskum otvoril dvere k použitiu tejto novej akustickej platformy aj pre iné aplikácie, kde je dnes hromadenie bublín na elektródach problémom. Profesor Leslie Yeo zo School of Engineering pri RMIT povedal, že schopnosť potlačiť tvorbu bublín na elektródach a rýchlo ich odstrániť prostredníctvom vysokofrekvenčných vibrácií predstavuje veľký pokrok v oblasti vodivosti a stability elektród a môže zlepšiť účinnosť konverzie s čistou úsporou energie vyše 27%.
Výskumníčka Yemima Ehrnst drží akustické zariadenie, ktoré výskumný tím použil na zvýšenie produkcie vodíka, prostredníctvom elektrolýzy vody.
Teraz bude potrebné laboratórnu technológiu preniesť do praxe. Výskumný tým chce spolupracovať s priemyselnými firmami pri integrácii ultrazvukovej technológie do existujúcich elektrolyzérov a systémov.
Výskum bol publikovaný v časopise Advanced Energy Materials a na ochranu novej technológie bola podaná austrálska patentová prihláška.
Zdroj