Zprávy

Nový udržitelný a praktický způsob výroby vodíku z vody objevil tým výzkumníků z japonského Centra pro vědu o udržitelných zdrojích (CSRS) RIKEN pod vedením Ryuheie Nakamury. Na rozdíl od současných metod nevyžaduje nová metoda vzácné kovy, které jsou drahé nebo nedostatkové. Místo toho lze nyní vodík pro palivové články a zemědělská hnojiva vyrábět pomocí kobaltu a manganu, dvou poměrně běžných kovů. Studie byla publikována v časopise Nature Catalysis.

Na rozdíl od běžných fosilních paliv je vodík čistým palivem, protože při jeho spalování vzniká jako vedlejší produkt pouze voda. Pokud lze vodík získávat z vody pomocí obnovitelné elektřiny, pak i energetická síť může být čistá, obnovitelná a udržitelná. Kromě tohoto energetického využití je vodík klíčovou složkou potřebnou k výrobě čpavku, který se používá prakticky ve všech syntetických hnojivech. V současné době však výrobny čpavku místo čistého získávání vodíku z vody používají k výrobě potřebného vodíku fosilní paliva.

Jedním z důvodů proč se k výrobě vodíku stále používají fosilní paliva je, že samotný proces získávání vodíku - elektrolýza - je drahý a tedy zatím neudržitelný. "Důvodem je především nedostatek kvalitních katalyzátorů," říká Ryuhei Nakamura. "Kromě toho, že katalyzátor musí být schopen odolat drsnému kyselému prostředí, musí být také velmi aktivní. Pokud tomu tak není, stoupá množství elektřiny potřebné k reakci, aby se vyrobilo dané množství vodíku, a s tím rostou i náklady."

V současné době jsou nejaktivnějšími katalyzátory pro elektrolýzu vody vzácné kovy, jako je platina a iridium, které jsou ovšem drahé a považované za vzácné. Na druhou stranu dostupné kovy železo a nikl nejsou dostatečně aktivní a mají tendenci se v drsném kyselém prostředí elektrolýzy okamžitě rozpouštět.

Při hledání lepšího katalyzátoru se tedy vědci zaměřili na směsné oxidy kobaltu a manganu. Oxidy kobaltu mohou být pro požadovanou reakci aktivní, ale v kyselém prostředí velmi rychle korodují. Oxidy manganu jsou stabilnější, ale zase nejsou dostatečně aktivní. Metodou pokusů a omylů vědecký tým překonal všechny problémy nového způsobu výroby vodíku a objevil aktivní a stabilní katalyzátor vložením manganu do spinelové mřížky Co3O4, čímž vznikl smíšený oxid kobalt-manganatý Co2MnO4.

Úrovně aktivace Co2MnO4 se blížily úrovním pro nejmodernější oxidy iridia. Nový katalyzátor navíc vydržel fungovat více než dva měsíce při proudové hustotě 200 miliampérů na centimetr čtvereční, což by jej mohlo učinit efektivním pro praktické použití. Ve srovnání s jinými katalyzátory z jiných vzácných kovů, které obvykle vydrží jen dny nebo týdny při mnohem nižších proudových hustotách, by nový elektrokatalyzátor mohl kompletně změnit pravidla hry.

Stejně jako u jiných obnovitelných technologií se očekává, že náklady na ekologickou výrobu vodíku v blízké budoucnosti prudce klesnou.

Zdroj: https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/pr/2022/20220215_1/index.html