Zapewnianie skalowalności i niskiego wpływu na środowisko zielonego wodoru
Zielony wodór to bezemisyjne paliwo wytwarzane w wyniku procesu elektrolizy wody przy pomocy energii ze źródeł odnawialnych. Elektrolizery z membraną do wymiany protonów, wykorzystujące energię elektryczną do rozszczepiania wody, stanowią jedną z najbardziej atrakcyjnych technologii pozwalających na wytwarzanie zielonego wodoru, ponieważ dobrze współgrają z energią odnawialną. Kluczowym problemem pozostaje to, że w konstrukcji elektrolizerów wykorzystywane są drogie i rzadkie metale z grupy platynowców. Iryd jest doskonałym katalizatorem reakcji wydzielania tlenu, który doskonale sprawdza się w warunkach silnego zakwaszenia wewnątrz elektrolizera. Każdego roku na całym świecie produkuje się jednak tylko około ośmiu ton tego surowca, co stanowi poważne ograniczenie utrudniające jego wykorzystanie. Konwencjonalne procesy produkcyjne pozwalające na powlekanie katalizatorów są czasochłonne i niezwykle złożone, ponadto trudno zapewnić równomierne rezultaty, przez co produkcja masowa jest niemożliwa.
Ograniczenie zależności od surowców krytycznych
Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu Naco Tech(odnośnik otworzy się w nowym oknie) miał na celu rozwiązanie tych dwóch wzajemnie powiązanych problemów - zmniejszenia ilości surowców krytycznych wykorzystywanych w rozwiązaniach opartych na wodorze, a także nakładania powłok na katalizatory w bardziej skalowalny i kontrolowany sposób. „Zaproponowanym przez nas rozwiązaniem było zastosowanie techniki zwanej szybkim rozpylaniem magnetronowym”, wyjaśnia Pāvels Nazarovs, przedstawiciel projektu z ramienia spółki Naco Technologies(odnośnik otworzy się w nowym oknie) działającej na Łotwie. „Warstwa katalizatora stanowi cienką nanostrukturalną powłokę, co pozwala na precyzyjne kontrolowanie grubości, składu i obciążenia”. Celem projektu Naco Tech, którego realizacja była możliwa dzięki wsparciu ze środków Europejskiej Rady ds. Innowacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie), było dostosowanie procesu, by umożliwić wykorzystanie rozwiązania przeznaczonego do powlekania wsadowego w systemie produkcji z rolki na rolkę, co umożliwi pokrywanie membran oraz innych elastycznych obiektów w sposób ciągły. W tym celu zespół projektowy nawiązał współpracę z producentami elektrolizerów opartych na membranie do wymiany protonów i ogniw paliwowych, a także lokalnymi naukowcami z Uniwersytetu Łotewskiego.
Zmniejszenie zapotrzebowania na iryd
Zespół wykazał, że zastosowanie szybkiego rozpylania magnetronowego pozwala zarówno na wytwarzanie, jak i nakładanie powłok katalizatorów w jednym etapie, bez użycia atramentów katalitycznych lub procesów chemicznych na mokro. „Udało nam się zrealizować kluczowy cel, jakim było ograniczenie zapotrzebowania na iryd do jednej dziesiątej dotychczasowego bez uszczerbku dla osiągów”, mówi Nazarovs. „W najlepszych konfiguracjach membran, warstwa katalizatora stworzona przy pomocy szybkiego rozpylania magnetronowego pozwoliła na uzyskanie osiągów lepszych niż w przypadku próbek komercyjnych rozwiązań, a jednocześnie charakteryzowała się znacznie mniejszym zużyciem irydu”. Wybrane membrany pokryte katalizatorem zostały przetestowane w rzeczywistym stosie elektrolizera, dzięki czemu udało się potwierdzić, że nowatorskie powłoki sprawdzają się w rzeczywistych warunkach, a nie tylko w niewielkich ogniwach laboratoryjnych. „Następny etap prac skupi się na zwiększaniu skali”, zauważa Nazarovs. „Naszym celem jest przejście z powlekania wsadowego i pilotażowych instalacji do ciągłej produkcji z rolki na rolkę, która umożliwi powlekanie większej liczby membran, utrzymanie stałej jakości i uzyskanie powtarzalnych rezultatów”.
Lepszy europejski cykl energetyczny
Kluczowym rezultatem projektu Naco Tech będzie poprawa skalowalności rozwiązań opartych na zielonym wodorze i obniżenie ich kosztów produkcji. „Patrząc na to zagadnienie z szerszej perspektywy należy stwierdzić, że zielony wodór może pomóc Europie w budowie bardziej kompleksowego i niezależnego systemu energetycznego”, wyjaśnia Nazarovs. „Odnawialna energia elektryczna z wiatru i słońca może być wykorzystywana do produkcji wodoru, który następnie może być magazynowany i transportowany. Wodór może być następnie wykorzystany w przemyśle, transporcie ciężarowym, bilansowaniu systemu energetycznego i innych sektorach, które trudno jest bezpośrednio zelektryfikować”. Takie rozwiązanie pozwoli na stworzenie znacznie silniejszego ekosystemu energetycznego opartego na europejskich zasobach odnawialnych, zmniejszając zależność od importowanych paliw kopalnych i dostaw gazu, które wiążą się z problemami natury geopolitycznej. „Głównym celem jest rozwój tańszych metod produkcji zielonego wodoru, bardziej odpornych europejskich łańcuchów dostaw, a także ograniczenie zależności od importowanych paliw kopalnych i zapewnienie bardziej zrównoważonej przyszłości przemysłu”, podsumowuje Nazarovs.
