Wodór prawdopodobnie odegra kluczową rolę w naszych wysiłkach na rzecz odzwyczajania się od paliw kopalnych, ale wytwarzanie go w sposób przyjazny dla środowiska wymaga ogromnych ilości wody. Teraz naukowcy opracowali nową technikę wytwarzania paliwa wodorowego z powietrza nawet w najbardziej suchym klimacie.
Podczas gdy energia odnawialna i technologia baterii robią duże postępy w dekarbonizacji dużej części sektorów energetycznego i transportowego, wodór może być również ważną częścią koszyka energetycznego. Można go spalać tak jak konwencjonalne paliwa, ale jedynym produktem ubocznym, który uwalnia, jest woda. Ma przyzwoitą gęstość energii, co czyni go obiecującym rozwiązaniem do zastosowań o rygorystycznych wymaganiach dotyczących masy, takich jak lotnictwo, a także może być użytecznym sposobem przechowywania energii przez dłuższy czas.
Jednak to, jak przyjazne dla środowiska jest paliwo wodorowe, zależy w dużej mierze od sposobu jego produkcji. Obecnie większość stanowi tak zwany „szary wodór”, który jest wytwarzany z paliw kopalnych i powoduje znaczne emisje gazów cieplarnianych. Aby wodór mógł przyczynić się do dekarbonizacji, musimy przejść na „zielony wodór” wytwarzany przez elektrolizery, które dzielą wodę na wodór i tlen przy użyciu energii odnawialnej.
Wyzwaniem jest to, że wiele miejsc z najlepszymi źródłami energii odnawialnej boryka się z niedoborem wody. Ale teraz naukowcy z Uniwersytetu Melbourne w Australii opracowali nową technikę, która jest w stanie wytworzyć paliwo wodorowe z wilgoci pochłoniętej z powietrza. Co więcej, działa nawet przy wilgotności niższej niż na najsuchszych pustyniach świata.
„Zdolność do wykorzystania wilgoci z powietrza sprawia, że ten moduł DAE [bezpośredni elektrolizer powietrza] ma zastosowanie w odległych, suchych i półpustynnych środowiskach, w których dostęp do świeżej wody jest dużym problemem”, Gang Kevin Li powiedział Newsweek. „Większość obszarów na Ziemi o wysokim potencjale słonecznym i wiatrowym nie ma słodkiej wody”.
Dostęp do wody byłby poważnym problemem, gdyby produkcja zielonego wodoru miała zostać znacznie zwiększona. W papier w Nature Communications, naukowcy zwracają uwagę, że ponad jedna trzecia planety jest sucha lub półpustynna, a obszary z niedoborem wody w znacznym stopniu pokrywają się z obszarami o największym potencjale energii słonecznej i wiatrowej.
Jednak nawet w najbardziej suchym klimacie w powietrzu znajduje się znaczna ilość wilgoci. Naukowcy zauważają, że nawet w miejscach takich jak pustynia Sahel wilgotność względna wciąż wynosi średnio około 20 procent. Postanowili więc znaleźć sposób na wykorzystanie tego niewykorzystanego zasobu wody do produkcji wodoru.
Ich urządzenie składa się z jednostki do zbierania wody, w której znajduje się gąbka nasączona cieczą pochłaniającą wodę, która może pobierać wilgoć z powietrza. Po obu stronach tego zbiornika znajdują się elektrody, które mogą być zasilane dowolnym odnawialnym źródłem energii. Kiedy prąd przepływa przez obwód, woda jest rozdzielana w drodze elektrolizy na składowe atomy tlenu i wodoru, które można następnie zebrać w postaci gazu.
Zespół wykazał, że urządzenie może działać wydajnie przez 12 kolejnych dni i wytwarzać wodór o czystości 99 procent. Co więcej, urządzenie nadal pracuje przy wilgotności względnej wynoszącej zaledwie cztery procent.
Aby przetestować jego potencjał w świecie rzeczywistym, zespół zamontował równolegle pięć elektrolizerów i umieścił je na zewnątrz, gdzie były zasilane przez panel słoneczny. Instalacja była w stanie wyprodukować średnio 745 litrów (197 galonów) wodoru na metr kwadratowy dziennie.
To około połowa ilości, jaką wytworzyłby konwencjonalny elektrolizer zasilany wodą w podobnych warunkach środowiskowych, Simon Bennett z Międzynarodowej Agencji Energetycznej powiedział New Scientist, ale nieźle jak na urządzenie, które działa na wilgoć.
Głównym problemem, przed którym stoi paliwo wodorowe, jest fakt, że infrastruktura do jego dystrybucji bardzo różni się od tej wykorzystywanej w przypadku dzisiejszych paliw kopalnych, często wymagających przechowywania pod wysokim ciśnieniem, a nawet kriogenicznego. Jak zauważył Li Newsweek, takie urządzenie, które umożliwia wytwarzanie wodoru w dowolnym miejscu, może pomóc w dystrybucji produkcji, co może obejść niektóre z tych problemów.
W tej chwili jednak największą barierą dla zielonego wodoru są koszty. Dopóki technologia elektrolizerów nie spadnie i nie stanie się bardziej wydajna, wodór nie będzie mógł konkurować z tradycyjnymi paliwami, niezależnie od tego, czy jest pobierany z powietrza, czy nie.
Kredytowych Image: Gerd Altmann od Pixabay
