Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jeden z páteřních prvků budoucího světového i českého vodíkového hospodářství mají představovat elektrolyzéry – tedy zařízení na výrobu vodíku pomocí elektřiny, získávané ideálně z obnovitelných zdrojů energie. A právě nejnovějším trendům ve vývoji zejména alkalických elektrolyzérů se věnovala i mezinárodní vědecká konference Hydrogen Days 2024. V rámci ní byly představeny výsledky pětiletého mezinárodního projektu NEXTAEC, díky kterému se vědcům podařilo vyvinout revoluční membrány nové generace pro alkalické elektrolyzéry.
V současnosti existují dva základní druhy elektrolyzérů pro výroby vodíku pomocí elektřiny – PEM (proton electrolyte membrane) elektrolyzéry, fungující v kyselém prostředí, a AEC (alkaline electrolysis cell) elektrolyzéry, fungující v alkalickém, tedy zásaditém prostředí.
AEC elektrolyzéry se chtějí obejít bez vzácné platiny a iridia
Široce rozšířené PEM elektrolyzéry mají kromě výhod, jakými je například schopnost fungovat při vysokých proudových hustotách nebo schopnost dobře snášet dynamické výkyvy vstupní energie (typicky při připojení na obnovitelné zdroje energie), také jednu podstatnou nevýhodu. Na výrobu PEM elektrolyzérů je potřeba nemalé množství ušlechtilých kovů, jakými je například platina a zejména iridium. Rovněž používaný polymerní elektrolyt je založen fluorové chemii a v současnosti probíhají intenzivní diskuse o zákazu tohoto typu látek.
Závislost na vzácných surovinách však odpadá u AEC elektrolyzérů – ty totiž žádné ušlechtilé kovy při výrobě nepotřebují. Nevýhodou AEC elektrolyzérů ovšem po dlouhá léta byla absence anion selektivní membrány splňující požadavky procesu. Současné AEC elektolyzéry dnes využívají porézní separační přepážku, která zapříčiňuje vysoký vnitřní odpor v elektrolyzéru a zároveň zhoršuje dynamiku jeho odezvy na výkyvy příkonu elektrické energie z obnovitelných zdrojů.
Vyřešit tento, ale i další problémy se během posledních pěti let snažil mezinárodní tým vědců z deseti prestižních pracovišť po celém světě v rámci projektu NEXTAEC. Cílem projektu mělo být vyvinutí zcela nového typu anion selektivní membrány, která se svými vlastnosti bude blížit membráně v PEM elektrolyzérech.
Výzkum přinesl hned dva typy nových membrán i nové elektrody
Výsledky právě končícího projektu NEXTAEC přibližuje prof. Karel Bouzek, vedoucí Ústavu anorganické technologie a proděkan Fakulty chemické technologie na VŠCHT Praha. Podle něj se vědcům podařily udělat zásadní kroky k nové generaci alkalických elektrolyzérů!
„Projekt je výjimečný již tím, že paralelně rozvíjí dva typy nových membrán. Konkrétně takzvané anion selektivní a takzvané solvatační membrány. Každá má své výhody i nevýhody. V obou skupinách byly vyvinuty nové materiály vykazující výborné vlastnosti a s jejich využitím bylo dosaženo výkonových parametrů elektrolytické cely na úrovni procesu PEM. Za tímto účelem však byly využity nejen nové membrány, ale rovněž v rámci projektu nově vyvinuté elektrody. Hlavní cíl projektu se tedy podařilo splnit,“ vyzdvihl Bouzek s tím, že nyní vědce čeká dlouhodobé testování nově vyvinutých prvků v plné zátěži.
„V současnosti pracujeme na ověření dlouhodobé stability nových komponent za podmínek provozu průmyslové cely. Na základě dosavadních zkušeností věříme, že i v této oblasti se nové materiály ukáží být dostatečně kvalitní. Rovněž se věnujeme otázce možné budoucí výroby těchto komponent elektrolyzéru v průmyslovém měřítku. Bez tohoto aspektu by dosažené výsledky samozřejmě nevedly ke kýženému cíli. I zde vidíme další vývoj nadějně. Členy konsorcia jsou pracoviště, která mají v tomto směru poměrně bohaté zkušenosti,“ doplnil Bouzek.
Do projektu NEXTAEC byly zapojeny následující instituce: Technical University of Denmark (Dánsko), Lund University (Švédsko), University of Patras (Řecko), German Aerospace Center (Německo), Université catholique de Louvain (Belgie), Forschungszentrum Jülich (Německo), Vysoká škola chemicko-technologická v Praze (Česká republika), Blue World Technologies (Dánsko), NEL Hydrogen (Norsko) a Korea Institute of Science and Technology (Jižní Korea).
