Polscy naukowcy mogą odmienić transport, energetykę i rolnictwo – to m.in. właśnie w tych sektorach zastosowanie ma bowiem znaleźć nowe źródło energii, wodór. Badacze z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika (UMK) w Toruniu pracują nad „zieloną” metodą wytwarzania tego paliwa na dużą skalę, z kolei eksperci z Politechniki Wrocławskiej (PW) pochylili się nad skutecznym sposobem jego przechowywania w zbiornikach. Oba projekty mają wsparcie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Ograniczyć przenikanie

Problem, który wraz ze swoim zespołem podjęła dr inż. Justyna Krzak z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej na Wydziale Mechanicznym PW, to doszczelnienie zbiorników do magazynowania wodoru. Problem w tym, że wodór jest najmniejszą i najbardziej ruchliwą znaną cząsteczką, w związku z tym przenika właściwie przez każdy rodzaj materiału; zmienia się tylko mechanizm przenikania. A, jak zaznacza dr Krzak, przenikanie przez ściany zbiorników magazynujących to straty finansowe i zagrożenie bezpieczeństwa. To sytuacja niekorzystna także dla środowiska. – Dlatego w projekcie HyStor zajęliśmy się ograniczeniem przenikania wodoru przez ściany kompozytowych zbiorników ciśnieniowych – tłumaczy. – Taki zbiornik, poza kompozytową ścianą zewnętrzną, zbudowany jest również z linera, swoistej dętki, odpowiedzialnego za zatrzymanie gazu wewnątrz. W tego rodzaju zbiornikach wodór znajduje się pod ciśnieniem 700 barów, co stanowi dodatkowy czynnik wpływający na przenikalność. Dla porównania, w butlach propan-butan panuje ciśnienie do 20 barów – kontynuuje badaczka.

Liner zbudowany jest z polimeru. – W projekcie opracowujemy powłokę uszczelniającą taki liner, by w jak największym stopniu ograniczyć ucieczkę wodoru ze zbiornika – zaznacza Justyna Krzak.

Czytaj więcej

OZE bardziej ekologiczne. Polacy mają pomysł na recykling

Kierowany przez nią zespół opracowuje procedurę pomiarową, która umożliwi badania „in situ” powłok uszczelniających, w szczególności oddziaływania materiałów z wodorem. Obecnie prowadzone są badania podstawowe, których cel to wyjaśnienie mechanizmu przenikania. – Opracowujemy nowe receptury na powłoki barierowe i prowadzimy podstawowe testy. Przygotowujemy się natomiast do rozpoczęcia prac nad systemem efektywnego wytwarzania cienkich powłok na podłożach wielkoformatowych – wyjaśnia kierowniczka projektu.

Technologie, nad którymi pracuje zespół z PW, mają w przyszłości trafić do branż związanych z transportowaniem i przechowywaniem gazów (poza wodorem dotyczyć miałoby to również m.in. helu, dwutlenku węgla czy metanu). Eksperci twierdzą, że potencjał badań jest olbrzymi, bo powłoki ograniczające przenikanie wodoru to technologie poszukiwane przez producentów linerów do zbiorników kompozytowych lub samych zbiorników magazynujących. – Powłokę będziemy nanosić na gotowe produkty – linery, zbiorniki, rury, instalacje do przechowywania lub przesyłu wodoru. Opracowujemy system, który pozwoli nanieść powłokę na już istniejące instalacje – wylicza dr inż. Krzak.

Szukanie skutecznego katalizatora

Na Wydziale Chemii UMK zespół pod kierunkiem dr Anny Ilnickiej pracuje z kolei nad projektem katalizatorów na bazie grafenu, które mają być „zieloną” metodą produkcji wodoru. Badania, prowadzone na styku nanotechnologii i inżynierii materiałowej, rozpoczęły się w lutym. – Nasz projekt będzie ważnym wkładem w rozwiązanie ogólnoświatowego problemu środowiskowego – przewiduje dr Ilnicka. – Wydajna elektroliza wody jest powszechnie postrzegana jako sposób na akumulację nadmiaru energii, która może być produkowana przez niektóre źródła odnawialne, jak fotowoltaika. Nadmiar ten mógłby zasilić proces elektrolizy, w wyniku którego powstaje wodór, czyli paliwo o największej gęstości energii na jednostkę objętości – twierdzi.

Kluczowym elementem dla elektrolizy wody jest wydajna konstrukcja elektrody, która umożliwia niski podział potencjału przy jednoczesnej wysokiej trwałości. Istotną kwestią jest również eliminacja platyny z produkcji elektrod. Jak podkreśla chemiczka, celem jest otrzymanie katalizatorów, czyli grafenu o strukturze 3D wzbogaconej w heteroatomy, tlenki metali i tlenki metali typu perowskit.

– Kluczową innowacją jest sama synteza nowych materiałów elektrodowych wolnych od metali szlachetnych – zauważa naukowczyni.

Autopromocja
ORZEŁ INNOWACJI

Konkurs dla startupów i innowacyjnych firm

WEŹ UDZIAŁ

Zespół bada stan chemiczny atomów, aby umożliwić wybór najskuteczniejszych katalizatorów reakcji wydzielania tlenu i reakcji wydzielania wodoru. Z punktu widzenia zobowiązania do osiągnięcia w 2050 r. neutralności klimatycznej możliwości praktycznego zastosowania wyników tych badań są szerokie. – Potrzebny jest m.in. nowy rodzaj źródeł energii dla transportu, energii elektrycznej, ciepła, budownictwa czy rolnictwa – wyjaśnia dr Ilnicka.