Jest najczęściej występującym pierwiastkiem we wszechświecie, w pewnych warunkach jest wybuchowy, ale równocześnie jest wysokoenergetyczny. Mowa o wodorze – pierwiastku określanym dzisiaj jako paliwo przyszłości. Japoński instytut przekazał właśnie informację o zbudowaniu instalacji produkującej wodór, która wykorzystuje do tego energię słoneczną.
Na ironię zakrawa fakt, że wodór jest najczęściej występującym pierwiastkiem w całym wszechświecie, ale na Ziemi nie jesteśmy w stanie go póki co gromadzić. Jedynym opłacalnym dotychczas sposobem pozyskiwania wodoru było jego wydobycie. Z tego właśnie powodu status paliwa przyszłości dla tego pierwiastka wciąż nie może być pełny. Jako paliwo wodór faktycznie wydaje się idealny – ma wysoką kaloryczność energetyczną, a jego spalanie nie wiąże się z emisją szkodliwych gazów. Jednak cieniem na jego zaletach kładzie się sposób w jaki pozyskujemy wodór w ziemskich warunkach. Obecnie 96 proc. wodoru, który wykorzystujemy pochodzi z paliw kopalnych. Jego najtańszą metodą produkcji jest reforming gazu ziemnego, w którym para wodna podgrzewana jest do temperatury 750 – 900 stopni Celsjusza, a następnie doprowadzana jest do metanu. Tak powstała mieszanina reaguje i w ten sposób powstaje wodór, tlenek węgla i dwutlenek węgla. Tlenek węgla reaguje również z parą wodną i w ten sposób także tworzy się wodór. Proces ten generuje jednak dużą ilość dwutlenku węgla, ponieważ na 1 kg wytworzonego wodoru przypada 9 – 12 kg CO2.
Oczywistym wyjściem jest zwrócenie uwagi na energię słoneczną, która za pomocą paneli fotowoltaicznych mogłaby napędzać elektrolizę wody. Dokładnie z takiego założenia wyszli japońscy naukowcy, którzy zaprezentowali działającą instalację, która pozyskuje wodór. Instalacja ta została nazwana sztuczną fotosyntezą i powstała przy współpracy organizacji NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization), Uniwersytetu w Tokio oraz firm: Fujifilm, Toto, Mitsubishi Chemical oraz Uniwersytetów w Shinsu i Meji. W oficjalnym oświadczeniu czytamy o „pierwszej na świecie instalacji, która za pomocą fotokatalizy potrafi pozyskać wodór zarówno z elektrolizy wody oraz oczyszczenia gazu”.
Eksperyment, który właśnie zakończył się sukcesem został rozpoczęty w 2019 roku. Panele i cała instalacja została zamontowana na powietrzu. Dzięki opracowanej przez japońskich naukowców technologii możliwe stało się uzyskanie wysokiej jakości wodoru pochodzącego z oczyszczania mieszkanki różnych gazów. Równocześnie naukowcy przeprowadzili za pomocą testowanej technologii elektrolizę wody.
Wspomniany eksperyment wykonywany był jednak w mniejszej skali, ponieważ użyty panel miał zaledwie 1 m2 powierzchni. Kilka miesięcy temu rozpoczęto drugi eksperyment, który był już prowadzony na większą skalę – panele miały powierzchnię 100 m2. Opracowany przez Japończyków system działa całkowicie autonomicznie co oznacza, że do jego obsługi wystarczy minimalna ilość osób.
W artykule opublikowanym na łamach portalu „Nature” naukowcy zajmujący się projektem instalacji potwierdzili działanie systemu. Jednakże zaznaczyli, że ich instalacja nie jest efektywna, ponieważ jej przeznaczeniem nie było produkowanie komercyjnych ilości wodoru. Miała ona pokazać, że jesteśmy w stanie stworzyć instalację, która będzie zasilania energią słoneczną i będzie w sposób bezpieczny produkować wodór z elektrolizy wody oraz z oczyszczania gazów.
Następne kroki
Kolejnym krokiem będzie zbudowanie działającego reaktora, który będzie odpowiadał za pozyskiwanie wodoru oraz oczywiście dalsza optymalizacja procesu w celu polepszenia współczynnika STH (solar to hydrogen). Przy wspomnianym eksperymencie wynosił on zaledwie 0,76 proc. Im wyższy współczynnik STH tym wodór pozyskany z takiej instalacji będzie tańszy i bardziej opłacalny.
Nie tylko Japończycy interesują się komercyjną produkcją wodoru, ponieważ niedawno plany wybudowania elektrowni wodorowej ogłosiła Brazylia. W mieście Pecem ma stanąć zielona elektrownia, która będzie w stanie wyprodukować 250 Nm3/h wodoru. Inwestycja ma się rozpocząć w grudniu 2022, a jej koszt szacuje się na 9 mln dolarów. Będzie to pierwsza tego typu elektrownia w kraju – chwalą się władze regionu Cerea, gdzie ma powstać nowoczesna siłownia.
Nad własną instalacją do produkcji wodoru pracują także Rosjanie z firmy państwowej Rosatom. Na wyspie Sachalin w ciągu kilku najbliższych lat ma powstać elektrownia produkująca 30 tys. ton wodoru rocznie. Rosjanie zakładają, że ich instalacja będzie gotowa już w 2024 roku.
Źródła: pv-magazine, www.nedo.go.jp, naturalgasintel.com
