Produkcja czystego wodoru niskim kosztem? Naukowcy PW mówią tak

Badaczki z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej PW opracowały technologię, która umożliwi powszechną i mniej kosztowną produkcję wodoru. Wykorzystały do tego disiarczek molibdenu produkowany w reaktorach zderzeniowych i nanomateriały węglowe.

Wodór ma być paliwem XXI w., jednym z kluczowych w transformacji energetycznej Unii Europejskiej. W 2050 r. zielony wodór, czyli pochodzący ze źródeł odnawialnych, ma odpowiadać za 24 proc. zapotrzebowania UE na energię. Naukowcy poszukują odpowiedniej metody na jego wytwarzanie.

Obiecująca hybryda

– Celem naszego projektu było wytworzenie czystego wodoru, ponieważ powstaje on z reakcji rozkładu wody. Jednocześnie chciałyśmy, żeby odbyło się to niskim kosztem – mówi dr inż. Marta Mazurkiewicz-Pawlicka.

W wyniku procesu elektrolizy wody wytwarzane są wodór i tlen. Jako katalizator powszechnie wykorzystuje się platynę, która jest bardzo droga i coraz mniej dostępna. Naukowcy poszukują materiału, który mógłby ją zastąpić. W zespole badawczym Inżynierii Produktu na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Procesowej PW zaproponowano połączenie disiarczku molibdenu i nanomateriałów węglowych. Wykazują one obiecujące właściwości elektro- i fotoelektrokatalityczne do rozdzielania wody.

Nowa technologia

– Temat wydzielania wodoru i stosowanych do tego katalizatorów na bazie disiarczku molibdenu jest znany. Istnieje wiele technik otrzymywania takich katalizatorów, ale nie można ich zastosować w większej skali, gdyż są zbyt kosztowne – tłumaczy mgr inż. Zuzanna Bojarska.

– Dlatego docelowo nasze materiały będą produkowane w reaktorach zderzeniowych, co jest nowością – zaznacza mgr inż. Zuzanna Bojarska.
– Reaktory zderzeniowe pozwalają na produkcję materiałów o powtarzalnych właściwościach w sposób ciągły i kontrolowany. Przez swoją dość prostą konstrukcję są łatwo skalowalne i z powodzeniem mogą być zastosowane w przemyśle – dodaje.

Reaktory przypominają literę T. Zderzają się w nich dwa strumienie, dając dobre warunki mieszania, skąd trzecim kanałem odprowadzany jest produkt. Do reaktora wtłaczane są reagenty w postaci wodnego roztworu lub zawiesiny z nanomateriałami węglowymi, a w wyniku reakcji dochodzi do wytrącenia się disiarczku molibdenu na powierzchni węgla.

Trzej muszkieterowie

Syntezę disiarczku molibdenu w reaktorze zderzeniowym opracował prof. Łukasz Makowski wraz zespołem. Mgr inż. Zuzanna Bojarska kontynuuje pracę nad materiałem w ramach doktoratu. Dr inż. Marta Mazurkiewcz-Pawlicka zajmuje się nanomateriałami węglowymi.

– Łączymy wszystkie nasze doświadczenia i kompetencje. Cieszę się, że tworzymy interdyscyplinarny zespół i jesteśmy w stanie opracować technologię wytwarzania nowych materiałów oraz znaleźć dla nich ciekawe zastosowanie – mówi dr inż. Marta Mazurkiewicz-Pawlicka.

– Opracowujemy nowe materiały po to, żeby w przyszłości korzystać z czystej energii – podkreśla mgr inż. Zuzanna Bojarska. Ogniwa paliwowe wykorzystujące pozyskany w ten sposób wodór mogłyby stanowić źródło zasilania samochodów czy domów.

Polsko-tajwańska współpraca

Aby jeszcze bardziej obniżyć koszty produkcji wodoru, badaczki realizują kolejny projekt wraz z naukowcami z Tatung University w Tajpej. – Chcemy zwiększyć aktywność naszej hybrydy w zakresie promieniowania słonecznego poprzez dodanie nanocząstek półprzewodnikowych o właściwościach fotokatalitycznych – mówi dr inż. Marta Mazurkiewicz-Pawlicka. – Zastosowanie takich materiałów pozwoli na obniżenie kosztów technologicznych ze względu na użycie energii słonecznej – dodaje. 

Projekt pt. „Nowoczesne materiały hybrydowe na bazie disiarczku molibdenu ze zwiększonymi właściwościami fotokatalicznymi do reakcji wydzielania wodoru”, który potrwa jeszcze co najmniej dwa lata, jest finansowany w ramach konkursu polsko-tajwańskiego organizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Kończący się projekt „Nowoczesne hybrydowe katalizatory na bazie nanomateriałów węglowych i disiarczku molibdenu do reakcji wydzielania wodoru” był realizowany od 2020 r. Został sfinansowany ramach prowadzonego w PW programu „Inicjatywa doskonałości - uczelnia badawcza”. Znalazł się w gronie laureatów konkursu na granty badawcze „Technologie Materiałowe - 1” Centrum Badawczego POB Technologie Materiałowe.