Cercetătorii suedezi au prezentat un nou concept de producere mai eficientă a energiei pe bază de hidrogen, scindând apa în oxigen și hidrogen fără riscul periculos al amestecului celor două gaze. Dezvoltată la KTH Royal Institute of Technology din Stockholm, noua metodă decuplează procesul standard de electroliză pentru producerea hidrogenului gazos, care scindează moleculele de apă prin aplicarea unui curent electric. Spre deosebire de sistemele predominante, această metodă produce gazele oxigen și hidrogen separat și nu simultan în aceeași celulă, unde acestea trebuie separate prin bariere membranare. Această separare elimină posibilitatea amestecului gazelor cu riscul de explozii, spune cercetătorul Esteban Toledo, doctorand la KTH, coautor al lucrării publicate astăzi în Science Advances împreună cu Joydeep Dutta, profesor de fizică aplicată la KTH. De asemenea, sistemul elimină nevoia de metale rare din Pământ. Cei doi cercetători au brevetat sistemul, iar o companie, Caplyzer AB, a fost înființată prin intermediul KTH Innovation pentru a extinde tehnologia. Dutta spune că eficiența Faradaic a hidrogenului gazos s-a dovedit a fi de 99 %. Cercetătorii raportează, de asemenea, că testele de laborator nu au arătat nicio degradare aparentă a electrozilor ca urmare a testelor pe termen lung, ceea ce este important pentru aplicațiile comerciale. Producerea hidrogenului din apă generează întotdeauna oxigen. Un electrolizor alcalin tipic are un electrod pozitiv și unul negativ în interiorul unei camere cu apă alcalină, separate de o barieră permeabilă la ioni. Atunci când se aplică un curent electric, apa reacționează la catod prin formarea hidrogenului și a ionilor hidroxid încărcați negativ, care difuzează prin barieră către anod pentru a produce oxigen. Dar bariera generează rezistență, iar dacă sarcina electrică fluctuează, riscul unui amestec exploziv între oxigen și hidrogen este sporit. Toledo afirmă că reconceptualizarea electrolizei apei pregătește terenul pentru o formă mai fiabilă de producere a energiei ecologice, încorporând surse intermitente precum energia solară sau eoliană.
„Deoarece nu riscăm să amestecăm gazele, putem funcționa pe o gamă mai largă de putere de intrare”, spune el. „Atunci este mult mai ușor de cuplat cu energiile regenerabile care, în general, furnizează o putere variabilă”. Producția simultană de gaze este evitată prin înlocuirea unuia dintre electrozi cu un electrod supercapacitiv realizat din carbon. Acești electrozi stochează și eliberează alternativ ioni, separând efectiv producția de hidrogen și oxigen. Atunci când electrodul este încărcat negativ și produce hidrogen, supercapacitorul stochează ioni de hidroxid (OH) bogați în energie. Atunci când direcția curentului este schimbată, supercondensatorul eliberează OH-ul absorbit, iar oxigenul este produs la electrodul acum pozitiv. „Un electrod realizează evoluția atât a oxigenului, cât și a hidrogenului”, spune Dutta. „Seamănă foarte mult cu o baterie reîncărcabilă care produce hidrogen – se încarcă și se descarcă alternativ. Este vorba despre completarea circuitului.”