Ateities kuras kainuos centus: mokslas atskleidė, kaip jį gaminti iš saulės ir jūros
Pastangos pažaboti vandenilį, dažnai vadinamą ateities kuru, įgauna pagreitį. Pagrindinis tikslas nesikeičia – padaryti vandenilį pigesnį ir lengviau prieinamą, o tai reiškia, kad būtina mažinti jo gamybos kainą. Būtent tokį sprendimą pristatė Sidnėjaus universiteto tyrėjų komanda, pasiūliusi netikėtai paprastais ir plačiai prieinamais komponentais paremtą metodą.
Žaliasis vandenilis jau daugelį metų įvardijamas kaip perspektyvus nulinės taršos energijos nešiklis: jį deginant susidaro tik vandens garai. Tačiau iki šiol didžiausia kliūtis buvo gamyba – ji išlieka brangi ir sudėtinga, o realus proveržis dažnai atsimuša į logistiką ir kaštus. Todėl nauja koncepcija, sukurta Sidnėjaus universitete, sulaukė dėmesio dėl savo paprastumo ir potencialo veikti praktiškomis sąlygomis.
Galis kaip katalizatorius: paprasta chemija nauju kampu
Proceso pagrindas – skystas galis, metalas, kurio lydymosi temperatūra yra vos 29,8 laipsnio Celsijaus. Mokslininkai nustatė, kad smulkūs šio metalo lašeliai, pakibę vandenyje ir apšviesti, inicijuoja įdomią reakciją: šviesa metalą įkaitina ir kartu pažeidžia jo paviršiuje esančią oksido plėvelę. Tuomet galis gali tiesiogiai reaguoti su vandens molekulėmis, o reakcijos rezultatas – vandenilis ir galio oksihidroksidas.
Svarbu tai, kad metodas veikia tiek gėlo, tiek sūraus vandens atveju. Tai atveria galimybę naudotis praktiškai neišsenkamais jūrų ir vandenynų ištekliais.
„Galis anksčiau nebuvo tirtas kaip būdas išgauti vandenilį dideliu efektyvumu kontaktuojant su vandeniu – tai paprastas pastebėjimas, kuris anksčiau buvo ignoruojamas“, – teigė Sidnėjaus universiteto profesorius Kourosh Kalantar-Zadeh.
Kita išskirtinė detalė – procesui nereikia tiekti išorinės elektros energijos. Reakcijai pradėti pakanka šviesos – tiek saulės, tiek dirbtinės. Tai esminis skirtumas nuo įprastos elektrolizės, kuri yra itin energiškai imli. Be to, metodas yra atsparesnis priemaišoms, esančioms jūros vandenyje, kurios tradicinėse sistemose greitai „užnuodytų“ brangius katalizatorius.
Uždaro ciklo idėja: metalas nuolat grįžta į procesą
Vienas didžiausių šios technologijos privalumų – jos cikliškumas. Pasibaigus reakcijai ir išsiskyrus vandeniliui, susidaręs galio oksihidroksidas gali būti elektrochemiškai redukuojamas, atgaunant gryną metalą, tinkamą naudoti iš naujo. Toks pakartotinis to paties katalizatoriaus panaudojimas yra itin svarbus ekonomikai, nes mažina eksploatacines sąnaudas.
Tai aiškiai skiria Australijos mokslininkų metodą nuo kitų žaliajam vandeniliui gaminti taikomų būdų. Klasikinė elektrolizė dažnai reikalauja demineralizuoto vandens, o jo paruošimas kainuoja. Tuo tarpu dalis fotokatalitinių metodų remiasi tauriųjų metalų, pavyzdžiui, platinos, katalizatoriais – jie brangūs ir ilgainiui praranda aktyvumą.
„Dabar turime būdą gauti tvarų vandenilį naudojant lengvai prieinamą jūros vandenį ir pasikliaujant vien šviesa, kad pagamintume žalią vandenilį“, – aiškino tyrėjų komandos narys Luis Campos.
Tokiai šaliai kaip Australija, turinčiai ilgą pakrantę ir daug saulėtų dienų, ši technologija galėtų būti ypač patraukli. Pakrančių regionai teoriškai galėtų gaminti švarų kurą vietoje – be brangios gėlinimo infrastruktūros ir sudėtingo vandens transportavimo.
12,9 proc. efektyvumas – tik pradžia
Šiuo metu sistemos efektyvumas siekia 12,9 proc. Nors ne specialistui šis skaičius gali neatrodyti įspūdingas, tyrėjai siūlo vertinti jį pažangos kontekste. Profesorius K. Kalantar-Zadeh primena, kad pirmosios komercinės silicio saulės baterijos praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje pasiekdavo apie 6 proc. efektyvumą, o 10 proc. ribą peržengė tik po kelių dešimtmečių. Šiandien pažangūs fotovoltiniai moduliai jau viršija 26 proc.
„Pirmam koncepcijos įrodymui laikome, kad šios technologijos efektyvumas yra labai konkurencingas. Silicio saulės elementai penktajame dešimtmetyje pradėjo nuo šešių procentų ir 10 procentų neperžengė iki devintojo dešimtmečio pabaigos“, – aiškino profesorius Kourosh Kalantar-Zadeh.
Dabar komanda siekia optimizuoti procesą ir žengti komercializacijos link. Artimiausias logiškas žingsnis – sukurti vidutinio masto reaktorių, kad metodą būtų galima išbandyti sąlygomis, artimomis pramonei. Universitetas jau yra užsitikrinęs technologijos teises, pateikdamas patento paraišką.
Ar įprasto metalo ir saulės šviesos derinys iš tiesų gali pakeisti rinką, paaiškės per artimiausius metus, kai prasidės didesnio masto bandymai. Pirmieji rezultatai atrodo daug žadantys, o jūros vandens panaudojimas globalių iššūkių kontekste atrodo ypač taiklus. Vis dėlto sėkmė nėra garantuota – ne viena laboratorijoje perspektyvia atrodžiusi technologija taip ir neperžengė mokslinių institucijų sienų. Nepaisant to, šio sprendimo paprastumas, potencialiai mažesni kaštai ir plačiai prieinami ištekliai suteikia pagrindo atsargiam optimizmui.
