Poszukiwanie rozwiązań problemu globalnej zmiany klimatu skłoniło naukowców do zbadania innowacyjnych sposobów zmniejszenia naszej zależności od paliw kopalnych. Wśród niezliczonych wyzwań stojących przed światem najważniejsze jest znalezienie czystszych i zrównoważonych alternatyw dla trudnych do ograniczenia sektorów, takich jak produkcja stali, produkcja chemiczna, lotnictwo i żegluga międzynarodowa. Branże te znajdują się na krawędzi transformacji, a ekologiczny wodór – wytwarzany w procesie elektrolizy wody przy użyciu odnawialnych źródeł energii – może odegrać kluczową rolę. Elektroliza wody alkalicznej (AWE), technologia wyróżniająca się wykorzystaniem powszechnie występujących materiałów, takich jak nikiel (Ni) i żelazo (Fe), zamiast rzadkich metali szlachetnych, wyróżnia się jako jedna z najbardziej obiecujących metod produkcji zielonego wodoru na dużą skalę. Ostatnie postępy skupiły się na zwiększeniu wydajności AWE poprzez minimalizację wymaganej energii przy jednoczesnej maksymalizacji wydajności, przygotowując grunt pod zrównoważoną rewolucję energetyczną.
W przełomowym badaniu prowadzonym przez dr Maximiliana Demnitza we współpracy z Yuranem Martinsem Lamasem, Rodrigo Lirą Garcią Barrosem, Anouk de Leeuw den Bouter, profesorem Johnem van der Schaaf i dr Matheusem Theodorusem de Grootem z Politechniki w Eindhoven, opublikowanym w iScience, ujawniono nowatorskie podejście do produkcji wodoru, co stanowi znaczący postęp w badaniach nad zrównoważoną energią. Włączając żelazo do elektrolitu systemów elektrolizy wody alkalicznej, zespół ten nie tylko zaprezentował innowacyjną metodę wytwarzania wodoru, ale także wskazał drogę w kierunku zmniejszenia naszej zależności od paliw kopalnych.
Te nowatorskie badania nie tylko obiecują podnieść wydajność i rentowność produkcji wodoru, ale także wpisują się w światowe wysiłki na rzecz przejścia na bardziej zrównoważone rozwiązania energetyczne. Włączenie żelaza do procesu elektrolizy służy jako katalizator, ułatwiając bardziej wydajną i opłacalną metodę produkcji wodoru. Ten przełom ma szczególne znaczenie dla sektorów pragnących przejść od tradycyjnych paliw kopalnych na rzecz bardziej ekologicznych alternatyw.
Wyniki badania pokazują, że obecność żelaza w elektrolicie znacznie usprawnia proces elektrolizy, dzięki czemu produkcja wodoru jest nie tylko wydajniejsza, ale także bardziej opłacalna w zastosowaniach na dużą skalę. Jest to zgodne z globalnym dążeniem do wykorzystania odnawialnych źródeł energii i pilną potrzebą znalezienia zrównoważonych alternatyw dla zużycia paliw kopalnych. „Dodanie żelaza do elektrolitu działa jak katalizator, przyspieszając proces produkcji wodoru bez konieczności stosowania drogich i rzadkich materiałów lub skomplikowanej konstrukcji katalizatora, która wcześniej była uważana za niezbędną” – wyjaśnia dr Demnitz, podkreślając transformacyjny potencjał ich pracy. Podsumowując, praca dr Demnitza i jego współpracowników z Politechniki w Eindhoven jest latarnią morską innowacji w dziedzinie zrównoważonej energii. Ich badania nad usprawnieniem elektrolizy wody alkalicznej poprzez dodatek żelaza do elektrolitu to nie tylko osiągnięcie techniczne; to krok w stronę czystszej i bardziej zrównoważonej przyszłości. Ich odkrycia dają nadzieję na przyspieszenie przejścia na ekologiczny wodór, czyniąc go kamieniem węgielnym naszego krajobrazu energii odnawialnej.
ODNIESIENIE DO DZIENNIKA
Demnitz, M. i in. „Wpływ dodatku żelaza do elektrolitu na wydajność elektrolizy wody alkalicznej.” iScience, 27(1), 108695, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.108695.
O AUTORACH
Thijsa de Groota jest profesorem nadzwyczajnym w dziedzinie technologii procesów elektrochemicznych. Prowadzi badania nad produkcją zielonego wodoru metodą elektrolizy wody, ze szczególnym uwzględnieniem elektrolizy zasadowej i membranowej anionowymiennej. Jego badania skupiają się na zwiększaniu produktywności i elastyczności tych elektrolizerów, przyglądając się udoskonalaniu konstrukcji ogniw, wpływowi pęcherzyków i przesycenia, transportowi jonów i gazów oraz zastosowaniu zaawansowanych technik elektrochemicznych, takich jak elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna.
Thijs de Groot pracuje w branży elektrochemicznej od ponad 15 lat i dlatego dobrze rozumie wyzwania związane z opracowywaniem i zwiększaniem skali procesów elektrochemicznych.
Maksymilian Demnitz tło leży w dziedzinie chemii nieorganicznej i termodynamicznej. W ramach badań podoktorskich rozszerzył swoje badania na elektrochemię.
„Poprawa wydajności elektrolizerów i zrozumienie stojącej za tym wiedzy naukowej to kluczowy aspekt szybkiego rozwoju kwitnącej gospodarki wodorowej.
Z tego powodu moje badania koncentrują się na dwóch aspektach:
1) Ulepszenie zespołu membrany i ogniwa stosowanego w elektrolizie wody alkalicznej, aby uzyskać niższe opory, mniejsze przenikanie gazów i uczestniczyć w reakcji katalitycznej H2 i O2 produkcja.
W tym celu modyfikujemy membrany z powłokami (katalitycznymi) i testujemy membrany pokryte katalizatorem (CCD) w elektrolizerze. W tym celu dalej udoskonalamy zespół membrana-elektroda w ogniwie, aby zapewnić optymalną wydajność i długoterminową stabilność.
2) Zrozumienie i ocena roli domieszek w elektrolicie na działanie elektrolizera. Tutaj szczególnie interesujące jest Fe, ponieważ znacznie poprawia wydajność elektrolizera. Ponadto skupiono się na elektrolicie domieszkowanym wanadem, który, jak wykazano, stabilizuje długoterminowe działanie elektrod”.
