Wodór z powietrza? Nowy projekt badawczy Toyoty
Toyota wraz z instytutem DIFFER pracują nad nowym urządzeniem, które w kontakcie z powietrzem, pod wpływem światła słonecznego produkuje wodór – bez żadnych kosztów.
Naukowcy z DIFFER i Toyoty poszukują innowacyjnych metod bezpośredniej produkcji wodoru z wilgotnego powietrza. Głównym celem tych badań jest ograniczenie zależności od paliw kopalnych oraz obniżenie emisji gazów cieplarnianych. Wodór to ekologiczne paliwo do różnego rodzaju pojazdów, które można traktować jako wygodny magazyn energii odnawialnej. W reakcji z tlenem w ogniwach paliwowych uwalnia energię elektryczną, a jedynym produktem ubocznym tego procesu jest para wodna.
Badania prowadzą specjaliści z ośrodka rozwojowego Advanced Material Research przy Toyota Motor Europe wspólnie z zespołem Catalytic and Electrochemical Processes for Energy Applications w instytucie DIFFER. Najważniejszą innowacją w projekcie jest wyodrębnianie wodoru z pary wodnej zamiast wody w stanie ciekłym, która to metoda jest szeroko stosowana na świecie.
"Zajmowanie się wodą w stanie gazowym zamiast ciekłego ma wiele zalet" - wyjaśnia dr Mihalis Tsampas. - "Ciecze powodują pewne problemy techniczne, takie jak niepożądane tworzenie się pęcherzyków. Co więcej, dzięki zastosowaniu pary wodnej, nie potrzebujemy kosztownych instalacji do oczyszczania wody. A dzięki temu, że korzystamy z wilgoci występującej w otaczającym powietrzu, nasza technologia może służyć także w oddalonych miejscach, gdzie nie ma dostępu do wody".
Studium wykonalności
W ubiegłym roku DIFFER i Toyota Motor Europe przeprowadziły stadium wykonalności, które udowodniło, że pomysł ma szansę się udać. Badacze opracowali nowatorskie ogniwo fotoelektrochemiczne w stanie stałym, które wychwytuje wilgoć z powietrza i pod wpływem światła słonecznego produkuje wodór. Pierwszy prototyp osiągnął imponującą, 70-procentową efektywność w stosunku do porównywalnego urządzenia produkującego wodór z wody w stanie ciekłym. System składa się z siatki z elektrolitu polimerowego, porowatych fotoelektrod i materiałów absorbujących wilgoć, połączonych w specjalnie opracowanych urządzeniach ze zintegrowaną siatką.
Wydajność i skalowalność
Następnym etapem projektu będzie udoskonalenie urządzenia. W pierwszym prototypie zastosowano fotoelektrody, które są bardzo stabilne. Jednak użyty w nich materiał pochłania tylko promieniowanie UV, które stanowi mniej niż 5% całego promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi. Następnym krokiem będą eksperymenty z użyciem najbardziej zaawansowanych materiałów, aby zoptymalizować architekturę systemu pod względem ilości pochłanianej pary wodnej oraz promieniowania słonecznego
Kiedy uda się rozwiązać te zagadnienia, zespół skoncentruje się na kwestii skalowania nowej technologii. Obecnie ogniwa fotolektrochemiczne produkujące wodór są bardzo małe - o wielkości około centymetra kwadratowego. Aby rozwiązanie to stało się opłacalne, ogniwa muszą osiągnąć rozmiary większe przynajmniej o dwa czy trzy rzędy wielkości.
"Przed nami jeszcze wiele pracy, ale mamy nadzieję, że w przyszłości tego rodzaju systemy będą używane w prywatnych gospodarstwach do zasilania domu i tankowania samochodu" - dodaje dr Mihalis Tsampas.
