A hidrogéntől mint tiszta, megújuló energiaforrástól már régóta várják, hogy megoldja világ energiaellátási problémáinak egy részét. Olyannyira régen, hogy a hidrogén is lassan abba az „örök ígéret” kategóriába kerül, mint a fúziós energia, ahol mindig 5-10-20 év múlvára várják a nagy áttörést.
A hidrogén esetében a fúziós energiával szemben nem annyira technológiai problémák, hanem a költségek jelentik a fő korlátot. Hidrogént ugyan viszonylag olcsón elő lehet állítani – ha fosszilis energiahordozókból, földgázból vagy szénből állítják elő. Ez az úgynevezett szürke, illetve barna hidrogén, és a gyártási folyamat során rengeteg szén-dioxid keletkezik, klímavédelmi szempontból tehát nem vagyunk sokkal beljebb annál, mintha közvetlenül a fosszilis energiahordozókat tüzelnénk el. Kék hidrogénnek pedig azt nevezzük, amikor ugyan szintén földgázból készül a hidrogén, de a keletkezett szén-dioxidot eltárolják, ez is csak egy fokkal jobb.
Az igazán előremutató a zöld, tehát vízből elektrolízissel, kizárólag megújuló energiaforrásokból származó villamos energiával előállított hidrogén lenne. Azonban 2022-ben csupán a világ hidrogéntermelésének – kapaszkodjanak meg – 0,1 százaléka számított zöld hidrogénnek.
Kipróbált technológia, kipróbált hibákkal
Pedig elektrolízissel hidrogént készíteni nem nagy ördöngösség, a technológia több mint két évszázados, azonban két dolog is akadályozza, hogy ipari mennyiségben lehessen ily módon hidrogént gyártani. Az egyik, hogy ez rendkívül energiaigényes folyamat, és egyelőre még a megújuló energiatermelés az utóbbi években történt felfutásával sincs elég olcsó, zöld energia a termelőkapacitások kiépítéséhez. Ez azonban talán belátható időn belül megoldódhat, ahogy újabb és újabb megújulóenergia-termelő beruházások készülnek el.
A másik gond viszont technológiai. Az elektrolízishez ugyanis egy membránra van szükség, amely lehetővé teszi a folyamat során képződő hidroxidionoknak, hogy áthaladjanak rajta, azonban megakadályozza a hidrogén és az oxigén keveredését, mivel ezek robbanásveszélyes elegyet alkotnak gáz formájában.Ez a membrán pedig az elektrolízishez szükséges berendezések legdrágább komponense, mert számos különleges réteget tartalmaz, hogy ellássa a feladatát.
Szétválaszott folyamat
A probléma megoldásával régóta foglalkoznak Avner Rotschild és munkatársai az Izraeli Műszaki Egyetem haifai Technion kutatóintézetében. Az alapötletük az volt, hogy szétválasztják az elektrolízis folyamatát, és a hidrogén, illetve az oxigén előállítását időben vagy térben elválasztják egymástól. Az első ilyen próbálkozásuk ugyan működött, de nem lehetett vele folyamatosan hidrogént termelni, ráadásul fel kellett forrósítani az elektrolitot hozzá, újabb költségeket generálva.
Egy most közzétett tanulmányukban viszont egy még ígéretesebb módszert mutatnak be. Az új megoldásban a hidrogén előállítása nem tölti fel pozitív töltéssel az anódot, hanem a folyékony elektrolitban alakítja át a molekulákat. A képződött bromátvegyületet tartalmazó folyadékot aztán egy másik kamrába pumpélják, ahol egy katalizátor hozzáadásával szobahőmérsékleten bomlik vissza bromidra és oxigénre. Ez a megoldás folyamatosan, nagy mennyiségben termelt hidrogént. Bár a hatékonysága még elmaradt a hagyományos, membrános elektrolízistől, a kutatók szerint a membrán kiváltásával így is csökkentheti a zöldhidrogéngyártás költségeit.
„Ez egy nagyon ígéretes koncepció”
– mondja Shannon Boettcher, az Oregoni Egyetem kémikusa, akinek nincs köze a tanulmányt készítő kutatókhoz. Boettcher azt is kiemelte, hogy a megoldás további előnye, hogy úgy tűnik, hatékonyan képes működni változó mennyiségű bemeneti villamos energiával, ami fontos akkor, ha például szél- vagy naperőművek által termelt árammal kívánják működtetni az ilyen elven épített berendezéseket.
Vannak még azonban megoldandó problémák Rotschildék koncepciójával. A nem kívánatos reakciók elkerülése érdekében az anódot különleges bevonattal kellett ellátni, és ez a bevonat egy nagyon rákkeltő anyagot tartalmaz, ez biztonsági kérdéseket vet fel. Az elektródákhoz pedig platinát vagy ruténiumot, azaz ritka, következésképp drága elemeket kellett felhasználni.
Az izraeli kutatók azt mondják, már dolgoznak hidrogéngyártó szerkezetük következő verzióján, amelyben pontosan ezeket a hátráltató tényezőket kerülik meg újabb fejlesztésekkel. Ha sikerrel járnak, az nagy áttörést jelenthetne a hidrogénipar kizöldítésében.
