Nowe urządzenie opracowane przez Instytut Nauk Fizycznych w Hefei wytwarza wodór bez emisji z wilgoci atmosferycznej, nawet przy wilgotności wynoszącej zaledwie 20%.
- Zielony wodór z powietrza.
- Bez sieci elektrycznej, bez wody w stanie ciekłym.
- Tylko słońce i wilgoć otoczenia.
- Wysoka wydajność, nawet przy niskiej wilgotności.
- Zero emisji, zero odpadów.
- Możliwość zastosowania na obszarach suchych.
- Obiecująca i skalowalna technologia.
System solarny wytwarza zielony wodór bezpośrednio z wilgoci zawartej w powietrzu
Zespół kierowany przez Yin Huajie z Instytutu Nauk Fizycznych w Hefei (Chińska Akademia Nauk) opracował całkowicie autonomiczny system, który wytwarza zielony wodór z wilgoci zawartej w powietrzu, bez potrzeby stosowania wody w stanie ciekłym ani zewnętrznych źródeł energii.
Badania, opublikowane w czasopiśmie Advanced Materials, stanowią znaczący krok w poszukiwaniu realnych rozwiązań w zakresie produkcji wodoru w regionach dotkniętych niedoborem wody. System łączy zbieranie wody z atmosfery (AWH) i elektrolizę z wykorzystaniem membrany wymiany protonów (PEMWE) w zintegrowanej strukturze zasilanej wyłącznie energią słoneczną.
Dlaczego jest to ważne?
Zielony wodór jest uważany za jeden z kluczowych elementów globalnej transformacji energetycznej. W przeciwieństwie do wodoru produkowanego z gazu ziemnego (wodór szary), jego wytwarzanie poprzez elektrolizę nie powoduje emisji gazów cieplarnianych. Wyzwaniem było to, że technologia ta wymaga dużych ilości ultraczystej wody, co jest niewykonalne w suchych lub odległych obszarach.
W tym miejscu pojawia się praca chińskiego zespołu: udało im się opracować rozwiązanie, które pobiera wodę bezpośrednio z powietrza, nawet w środowiskach o wilgotności względnej wynoszącej zaledwie 20%, i przekształca ją w wodór o wysokiej czystości, bez emisji i bez konieczności posiadania infrastruktury wodnej lub elektrycznej.
Jak działa ten system?
Sercem urządzenia jest porowaty materiał węglowy, zaprojektowany tak, aby skutecznie wychwytywać parę wodną z otoczenia. Materiał ten uzyskuje się poprzez syntezę szablonową i kalcynację, a następnie poddaje się go procesowi utleniania, który poprawia jego powinowactwo do wody.
Po wychwyceniu wilgoć jest podgrzewana energią słoneczną dzięki elementowi fototermicznemu, co powoduje jej odparowanie, a następnie doprowadzenie do ogniwa elektrolitycznego PEM, gdzie jest rozdzielana na wodór i tlen.
Podczas testów system osiągnął wydajność produkcji prawie 300 mililitrów wodoru na godzinę przy wilgotności 40% i wykazał wyjątkową stabilność działania w długich cyklach. W rzeczywistych warunkach na wolnym powietrzu działał bez zakłóceń i nie wymagał częstej konserwacji.
Konkretne zastosowania i aktualny kontekst
Technologia ta może mieć szczególnie przełomowe znaczenie w regionach takich jak Afryka Północna, Bliski Wschód lub pustynne obszary Australii i Ameryki Łacińskiej, gdzie nasłonecznienie jest duże, ale woda jest zasobem rzadkim.
Ponadto jest ona zgodna z trendami regulacyjnymi, które promują produkcję zielonego wodoru. Na przykład Unia Europejska wyznaczyła ambitne cele na 2030 r. w ramach swojej strategii osiągnięcia neutralności klimatycznej. Chiny ze swojej strony rozpoczęły już włączanie zielonego wodoru do swojego pięcioletniego planu jako paliwa strategicznego.
Nawet duże przedsiębiorstwa energetyczne badają podobne technologie. Projekty takie jak Desert Bloom Hydrogen w Australii również wykorzystują wilgotność otoczenia do produkcji wodoru bez konieczności korzystania z konwencjonalnych źródeł wody, co wzmacnia globalne zainteresowanie tym podejściem.
Potencjał
Technologie takie jak ta otwierają drzwi do bardziej zdecentralizowanego, odpornego i sprawiedliwego modelu energetycznego. Eliminując potrzebę infrastruktury wodnej lub elektrycznej, umożliwiają one lokalną produkcję wodoru w odizolowanych społecznościach lub regionach dotkniętych niedoborem wody.
Ponadto ich zasilanie energią słoneczną gwarantuje zerowy ślad węglowy, co bezpośrednio przyczynia się do zmniejszenia emisji w sektorze energetycznym i transportowym, dwóch głównych sprawcach globalnego ocieplenia.
W przyszłości integracja tego typu systemów z sieciami hybrydowymi, wraz z magazynowaniem energii i mikrosieciami, mogłaby umożliwić rozwój autonomicznych ekosystemów energetycznych, zdolnych do zasilania zarówno małych obiektów wiejskich, jak i infrastruktury krytycznej w obszarach podatnych na zmiany klimatyczne.
Jeśli uda się osiągnąć skalowalność w sposób wydajny i przy konkurencyjnych kosztach, innowacja ta może odegrać kluczową rolę w globalnej dekarbonizacji, demokratyzując dostęp do zielonego wodoru i ułatwiając przejście do czystszej i bardziej sprawiedliwej gospodarki.
