Потенциалът на водорода, получен от възобновяеми енергийни източници, е огромен. Това е директно решение за декарбонизиране на индустрията и мобилността и може да гарантира енергийна независимост. Но тези обещания са изправени пред предизвикателство: разходите и мащабното производство. Япония направи огромна стъпка, която й дава предимство пред Китай и Европа.
Изследователи от RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) в Япония, ръководени от Риухей Накамура, направиха още една стъпка към тази цел. Те подобриха стабилността и увеличиха полезния живот на катализатора с почти 4000% чрез електролиза, твърди списание Nature.
Разделянето на молекулите на кислорода от молекулите на водорода, които изграждат водата, се извършва чрез електролиза, постигната благодарение на „протонообменни мембрани“ (PEM). Произведеният водород може да се съхранява и използва по-късно или в електрически камион с горивни клетки, или във фабрика.
Понастоящем PEM електролизата е най-често срещаната, но ограничения не позволяват генерирането на водород да бъде постигнато в наистина голям индустриален мащаб. Химичните реакции протичат в много кисела среда. Най-добрите катализатори за тези реакции са редки метали като платина или иридий.
Самият Накамура обяснява: "Увеличаването на електролизата на PEM ще изисква 40 години производство на иридий, което със сигурност е непрактично и крайно неустойчиво." Преди две години Накамура и неговият екип разработиха нов процес, който позволява електролиза на вода без използване на редки метали за защита на катализатора от киселини.
Чрез вмъкване на манган в решетка от кобалтов оксид те създадоха процес, който разчиташе единствено на обикновени, издръжливи метали. Процесът обаче не беше много стабилен. Досега. Изследователите са разработили нов 3D катализатор, образуван от манганов оксид (MnO2). Ключовото откритие е, че стабилността на реакцията може да се увеличи повече от 40 пъти чрез модифициране на структурата на решетката на катализатора, така че да образува по-здрави връзки с кислородните атоми. По този начин поддържа реакцията с водата много по-дълго.
Когато този метод беше тестван, водната електролиза остана стабилна за около 6 седмици. Общото количество водород, произведен през този период, е 10 пъти по-високо от полученото до момента с други катализатори с обикновени метали. Въпреки че това откритие дава огромно предимство на Япония, несъмнено страната, която е най-отдадена на водородната икономика, все още сме далеч от промишлено приложение на метода на екипа на Накамура. В неговата лаборатория катализаторът остава стабилен с плътност на тока от 200 mA/cm2, докато индустрията изисква 1000 mA/cm2 за поне една година, а не няколко седмици.
Изследователите обаче вярват, че с течение на времето ще бъдат възможни осезаеми приложения в реалния свят, които ще допринесат за въглеродната неутралност. На японците може да вярваме – доказани са!
9
