Szukają sposobu na tani „zielony wodór”. Współpraca naukowców PG i UMK

Jak efektywniej i taniej wyprodukować „zielony wodór”? Pomysł na to mają polscy naukowcy. Dr inż. Mariusz Szkoda z Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej oraz dr hab. Anna Ilnicka z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu chcą opracować innowacyjny sposób syntezy stabilnych katalizatorów na bazie azotków. Projekt uzyskał dofinansowanie w kwocie niemal 2 mln zł z Narodowego Centrum Nauki w ramach programu OPUS.

Wodór jest znakomitym nośnikiem energii. Obecnie jego wykorzystanie kojarzy nam się głownie z zasilaniem samochodów, ale użytkowany jest także w transporcie morskim czy szynowym, a jak mówią naukowcy – w niedalekiej przyszłości może także zagościć w gospodarstwach domowych. 

Wodór stanowi ekologiczną alternatywę dla paliw kopalnych, o ile rzeczywiście pozyskiwany jest w ekologiczny sposób. Można go bowiem uzyskiwać w rozmaity sposób. To, czy będzie on przyjazny środowisku, uzależnione jest od tego ile szkodliwych związków uwalnianych będzie do atmosfery podczas jego produkcji.  

Tańsza alternatywa dla platyny 

Jedną z najlepszych metod uzyskiwania wodoru jest elektrochemiczne rozszczepienie wody, czyli tzw. elektroliza. Metoda ta wymaga wykorzystania stabilnego katalizatora. Obecnie rolę tę najczęściej pełnią platyna bądź tlenki irydu czy rutenu, które nie dość, że są drogie, to również coraz ciężej dostępne. 

– W naszym projekcie będziemy poszukiwać alternatywnych katalizatorów, które będą w stanie konkurować z platyną w kwestii wydzielania wodoru czy też tlenu – mówi dr inż. Mariusz Szkoda. – Stawiamy na azotki metali, których właściwości są bardzo obiecujące dla procesu elektrolizy, a jednocześnie są znacznie tańsze. Niestety nie są one do końca stabilne, dlatego też będziemy próbować tworzyć hybrydę azotków metali z grafenem domieszkowanym azotem.  

Jak przekonuje dr inż. Szkoda to połączenie zapewni nie tylko większą stabilność w procesie elektrolizy, ale także zwiększy przewodnictwo i efektywność wydzielania wodoru i tlenu. 

Katalizator dwa w jednym 

Jak zaznacza dr inż. Szkoda projekt jest również wyjątkowy ze względu na bi-funkcjonalność otrzymanych katalizatorów. 

– Proces elektrolizy wody może przebiegać na dwa sposoby. Używając platyny obserwujemy reakcję ewolucji wodoru (HER), który następnie pobieramy. Z kolei w przypadku użycia tlenków irydu czy rutenu mamy do czynienia z reakcją ewolucji tlenu (OER). Wydzielany jest wtedy tlen, a na katodzie otrzymujemy czysty wodór – tłumaczy dr inż. Szkoda. – Chcemy, by nasz katalizator łączył w sobie obie możliwości, a więc wykazywał aktywność zarówno w reakcji HER, jak i OER. 

Zamiennik, który zaproponować chcą naukowcy PG i UMK będzie więc nie tylko tańszy, ale również bardziej uniwersalny w zastosowaniu.  

– W trakcie procesu zarówno azotki metali, jak i grafen domieszkowany azotem otrzymamy w postaci proszku. Wyzwaniem będzie nałożenie ich na inny materiał i tym samym stworzenie elektrody, którą będzie można zanurzyć w wodzie i dzięki niej otrzymać wodór – wyjaśnia dr inż. Szkoda. – Warto jednak pamiętać, że uzyskany wodór będzie można nazwać „zielonym” tylko wtedy, jeżeli użyjemy prądu wygenerowanego również w ekologiczny sposób, a więc np. z ogniw fotowoltaicznych czy farmy wiatrowej – dodaje. 

Projekt powstaje w partnerstwie dwóch uczelni – Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu oraz Politechniki Gdańskiej. Liderem jest zespół naukowców z UMK pod kierownictwem dr hab. Anny Ilnickiej. PG reprezentuje zespół prowadzony przez dr inż. Mariusza Szkodę. Kwota projektu wynosi 1 927 234 zł. Część stanowi dofinansowanie dla PG w kwocie 493 490 zł.