Naukowcy z North Carolina State University opracowali nową technikę ekstrakcji gazowego wodoru z nośników ciekłych, która jest szybsza, tańsza i bardziej energooszczędna niż obecnie stosowane rozwiązania.
„Wodór jest powszechnie postrzegany jako zrównoważone źródło energii w transporcie, ale istnieją pewne przeszkody techniczne, które należy pokonać, zanim będzie można go postrzegać jako praktyczną alternatywę dla istniejących technologii. Jedną z największych przeszkód w przejściu na gospodarkę wodorową są koszty przechowywania i transportu wodoru” – mówi Milad Abolhasani, autor korespondencyjny publikacji na temat nowej techniki i profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i biomolekularnej na NCSU.
Stacje tankowania wodoru mogą być zlokalizowane na działających już stacjach benzynowych, wykorzystując istniejącą infrastrukturę. Jednak transport wodoru w postaci gazowej jest niebezpieczny, dlatego wodór musi być transportowany płynnym nośnikiem. Największym problemem takiego stanu rzeczy jest to, że wydobycie wodoru z ciekłego nośnika w miejscach docelowych, takich jak stacje paliw, jest energochłonne i kosztowne.
„Poprzednie badania wykazały, że możliwe jest wykorzystanie fotokatalizatorów do uwalniania gazowego wodoru z ciekłego nośnika przy użyciu wyłącznie światła słonecznego. Jednak dostępne techniki wykonywania tego zadania były pracochłonne, czasochłonne i wymagały znacznej ilości rodu – metalu, który jest bardzo drogi” – podkreśla prof. Abolhasani.
„Opracowaliśmy technikę, która wykorzystuje fotokatalizator wielokrotnego użytku i światło słoneczne do szybszego wydobywania gazowego wodoru z jego ciekłego nośnika i przy użyciu mniejszej ilości rodu, co znacznie obniża koszt całego procesu. Co więcej, jedynymi produktami ubocznymi tego procesu są gazowy wodór i sam ciekły nośnik, które można wielokrotnie wykorzystywać” – mówi Malek Ibrahim, pierwszy autor publikacji i były doktor habilitowany w NC State University.
Kluczem do sukcesu nowej techniki okazał się reaktor z przepływem ciągłym. Reaktor przypomina cienką, przezroczystą rurkę wypełnioną piaskiem. „Piasek” składa się z mikroziaren tlenku tytanu, z których wiele jest pokrytych rodem. Ciecz przenosząca wodór jest pompowana do jednego końca rurki. Cząsteczki pokryte rodem wyściełają zewnętrzną część tuby, gdzie dociera do nich światło słoneczne. Cząstki te są fotoreaktywnymi katalizatorami, które w obecności światła słonecznego reagują z ciekłym nośnikiem, uwalniając cząsteczki wodoru w postaci gazu.
Naukowcy precyzyjnie zaprojektowali system tak, aby tylko zewnętrzne ziarna tlenku tytanu były pokryte rodem, co powoduje, że podczas całego procesu nie zużywa się więcej rodu niż to konieczne.
„W konwencjonalnym reaktorze wsadowym 99% fotokatalizatora to tlenek tytanu, a 1% to rod. W naszym reaktorze z przepływem ciągłym potrzebujemy tylko 0,025% rodu, co ma duży wpływ na ostateczny koszt. Jeden gram rodu kosztuje ponad 500 dolarów” – dodaje prof. Abolhasani.
W prototypowym reaktorze naukowcy byli w stanie osiągnąć 99% wydajności, co oznacza, że 99% cząsteczek wodoru zostało uwolnionych z ciekłego nośnika w ciągu trzech godzin.
„To osiem razy szybciej niż konwencjonalne reaktory wsadowe, którym osiągnięcie 99% wydajności zajmuje 24 godziny” – podkreśla dr Malek Ibrahim.
System przepływowy może działać nieprzerwanie do 72 godzin, zanim spadnie jego wydajność. Wtedy katalizator można „zregenerować” bez wyjmowania go z reaktora – to prosty proces czyszczenia, który trwa około sześciu godzin. System można następnie ponownie uruchomić i pracować z pełną wydajnością przez kolejne 72 godziny.
Źródło: news.ncsu.edu
