O nouă metodă de producere eficientă a hidrogenului care separă generarea de oxigen și hidrogen, dezvoltată de cercetători din Suedia, elimină riscurile de explozie și nevoia de metale rare din Pământ, cu o rată de eficiență de 99%. Această inovație promite o integrare mai ușoară cu energiile regenerabile și are un potențial semnificativ pentru aplicații comerciale. Oamenii de știință din Suedia au dezvoltat o metodă inovatoare de generare a energiei pe bază de hidrogen cu o eficiență sporită. Acest proces separă apa în oxigen și hidrogen, eliminând posibilitatea periculoasă a combinării celor două gaze. Dezvoltată la KTH Royal Institute of Technology din Stockholm, noua metodă decuplează procesul standard de electroliză pentru producerea hidrogenului gazos, care separă 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 prin intermediul KTH Innovation a fost înființată o societate, Caplyzer AB, pentru a extinde tehnologia.
Viabilitate și eficiență comercială
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 electrodului 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. Însă bariera provoacă rezistență, iar dacă sarcina electrică fluctuează, crește riscul unui amestec exploziv între oxigen și hidrogen. Toledo spune că reconceptualizarea electrolizei apei pregătește terenul pentru o formă mai fiabilă de producere a energiei verzi, 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. „Este mult mai ușor apoi să ne cuplăm cu energiile regenerabile care, în general, furnizează 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.” Referință: „Decoupled supercapacitive electrolyzer for membrane-free water splitting” de Esteban A. Toledo-Carrillo, Mario García-Rodríguez, Lorena M. Sánchez-Moren și Joydeep Dutta, 6 martie 2024, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adi3180 Cercetarea a fost finanțată în parte de Vinnova și Åforsk.