Data :

Skrócona wersja poniższego felietonu autorstwa prof. Ryszarda Tadeusiewicza została opublikowana w „Dzienniku Polskim” oraz „Gazecie Krakowskiej” 18.2.2022 r.

Martwimy się, że uboczny skutek rozwoju cywilizacji, rosnąca emisja dwutlenku węgla, zmusi nas między innymi do zasadniczych zmian w dziedzinie motoryzacji. Miliony samochodów, spalających ropę naftową, benzynę lub gaz – to miliony rur wydechowych, z których bucha CO2. Coś z tym trzeba zrobić, bo same drakońskie kary nakładane na elektrownie węglowe sytuacji klimatycznej nie poprawią. Iluzją jest przekonanie, że rozwiązaniem będą samochody elektryczne. Owszem, one same dwutlenku węgla nie emitują, ale żeby wyprodukować prąd, który zasili ich akumulatory, trzeba będzie spalić węgiel albo inne paliwo w elektrowniach. Obawiam się, że biorąc pod uwagę straty energii podczas przesyłania, sumaryczna emisja CO2 będzie większa, a nie mniejsza! Przejście z elektrowni węglowych na takie, w których spala się paliwa płynne lub gazowe też nie rozwiąże sytuacji, bo cokolwiek się spala w elektrowni cieplnej – dwutlenek węgla jako skutek nieuchronnie powstaje, chociaż niewątpliwie w elektrowniach opalanych ropą naftową lub gazem jest go mniej, niż w węglowych.

Czy jest rozwiązanie?

Owszem, od lat energetycy wskazują, że idealnym paliwem byłby wodór. Jego spalanie dostarcza nieporównanie więcej energii niż spalanie benzyny czy innych gazów, zaś produktem spalania jest czysta woda – z pewnością środowiskowo nieszkodliwa, a być może nawet korzystna.

Ale pojawia się pytanie, skąd brać ów wodór?

Najbardziej oczywistym źródłem jest woda. Jej rozkład chemiczny dostarcza owego potrzebnego wodoru, a także tlenu, który magazynowany pod ciśnieniem w butlach też jest użyteczny – chociażby w szpitalach, ale także w przemyśle.

Rozkład wody na tlen i wodór łatwo jest przeprowadzić metoda elektrolizy (przepuszczając przez wodę prąd), ale – jak wspomniałem przy okazji samochodów elektrycznych – wyprodukowanie potrzebnego do tego prądu wiąże się z dużą emisją CO2 i „nie opłaca się skórka za wyprawę”. Duże nadzieje budzi jednak możliwość rozkładu wody za pomocą katalizatorów, z wykorzystaniem dodatkowo energii słonecznej.

Można optymistycznie stwierdzić, że uczeni są tu już na dobrej drodze. W ETH z Zurichu (słynniej politechnice, która wykształciła Alberta Einsteina!) grupa naukowa Markusa Niderbergera stworzyła narzędzie, które rozkłada wodę za pomocą katalizatora aerożelowego. Aerożel to piana ze stopionego krystalicznego półprzewodnika, która po zestaleniu jest niezwykle lekka. Jeden cm3 aerożelu waży zaledwie 2 miligramy. To prawie tyle, co powietrze (1,2 mg/cm3). Natomiast powierzchnia wewnętrzna 1 grama aerożelu to 1200 m2. Na tej ogromnej wewnętrznej powierzchni można rozmieścić katalizator, który będzie stykał się z wodą i będzie wymuszał potrzebną reakcję chemiczną. Dla uzyskania dużej skuteczności katalizatora duża powierzchnia, na której jest on rozłożony, ma kluczowe znaczenie!

Katalizator, który używany jest do wymuszania rozkładu wody na tlen i wodór, to dwutlenek tytanu z domieszką palladu, który zwiększa jego skuteczność aż 70 razy. Taki katalizator pod działaniem światła słonecznego produkował już w ETH potrzebny wodór i tlen, ale niestety miał małą sprawność. Tylko 5% energii promieniowania było wykorzystywane i w dodatku napędzało tę reakcję głównie promieniowanie ultrafioletowe, którego atmosfera ziemska prawie nie przepuszcza. Ale okazało się (wykryła to doktorantka prof. Niderbergera, Junggou Kwon), że domieszka niewielkiej ilości azotu do składu katalizatora poprawia jego wydajność i sprawia, że reakcję napędza także światło widzialne, którego mamy pod dostatkiem.

Metoda pozyskiwania wodoru opisaną wyżej (w skrócie i uproszczeniu) metodą katalityczną wymaga jeszcze wielu badań i udoskonaleń, zanim z poziomu odkrycia naukowego przejdzie do poziomu technologii możliwej do wykorzystania w praktyce gospodarczej. Zatem droga do wodoru jako paliwa przyszłości, produkowanego tą metodą (bo są też i inne metody, o czym warto pamiętać, ale ta katalityczna najlepiej rokuje) – jest jeszcze daleka. Ale znane jest przysłowie, że nawet najdłuższa podróż zaczyna się od pierwszego kroku. Jak się wydaje – ten pierwszy krok właśnie został uczyniony!

Źródło: AGH