Wodór ma ogromny potencjał jako czyste, zeroemisyjne paliwo: nie wytwarza żadnych szkodliwych emisji, a także może być wykorzystany do przechowywania energii ze źródeł słonecznych, wiatrowych i pływowych.

Istnieją jednak wyzwania związane z produkcją wystarczającej ilości wodoru w praktyczny i przystępny sposób. Elektroliza może wymagać skomplikowanej technologii, a także opiera się na czystej słodkiej wodzie - a nie jest to coś, co jest dostępne wszędzie - szczególnie w dobie potęgującej się suszy.

Naukowcy opracowali prototyp urządzenia, które może zbierać wodę z wilgotnego powietrza, a następnie rozdzielać ją na wodór i tlen.

Fot.  Zdjęcie projektowanej wieży do wytwarzania wodoru z zastosowaniem skalowalnych modułów DAE o zminimalizowanej powierzchni (źródło: nature.com)

Co więcej, jest ono w stanie działać w miejscach, gdzie wilgotność - stężenie pary wodnej w powietrzu - wynosi zaledwie 4 procent.

- W tej pracy potwierdzamy, że wilgoć w powietrzu może być bezpośrednio wykorzystana do produkcji wodoru poprzez elektrolizę, dzięki jej powszechnej dostępności i naturalnej niewyczerpalności - piszą naukowcy w opublikowanej pracy na łamach Nature.

Urządzenie zestawione przez badaczy to prototypowy elektrolizer, zasilany prądem z energii odnawialnej, służący do rozbijania wody na, wodór i tlen. W jednym z testów z wykorzystaniem źródła energii słonecznej pięć elektrolizerów pracowało równolegle.

Elektrody znajdują się po obu stronach jednostki zbierającej wodę, materiału przypominającego gąbkę, który pochłania wodę z powietrza, ale który również pełni rolę zbiornika elektrolitu. Obie elektrody są odizolowane od powietrza, co oznacza, że wodór i tlen mogą być zbierane jako czyste gazy po dokonaniu rozdziału.

Fot. Koncepcja bezpośredniej elektrolizy powietrza (DAE) do produkcji wodoru (źródło: nature.com)


Przetestowano szereg różnych materiałów i konfiguracji, aby prototypowe urządzenie działało na zadowalającym poziomie, a jedna z testowanych przez badaczy konfiguracji była w stanie działać z powodzeniem przez 12 kolejnych dni.

- Ten tak zwany moduł bezpośredniej elektrolizy powietrza (DAE) może pracować w środowisku suchym jak kość, o wilgotności względnej 4 procent, pokonując problemy z zaopatrzeniem w wodę i produkując ekologiczny wodór w sposób zrównoważony, z minimalnym wpływem na środowisko - piszą badacze.

Czysta woda pitna jest w większości miejsc na wagę złota, więc to urządzenie mogłoby być używane w każdym miejscu bez wyczerpywania rezerw. Jednak najbardziej użyteczne będzie prawdopodobnie w regionach suchych lub półsuchych, gdzie wody jest niewiele.

Niedawno byliśmy świadkami kolejnego ważnego przełomu w produkcji paliwa wodorowego - aluminium i gal wykorzystano do rozszczepienia cząsteczek wodoru i tlenu w wodzie. Naukowcy mają teraz wiele dróg, którymi mogą podążać, jeśli chodzi o uczynienie energii wodorowej bardziej powszechną i dostępną.

Warto pamiętać, że technologia ta jest wciąż w początkowej fazie rozwoju: różne konfiguracje DAE i materiały dały różne wyniki w zakresie wydajności i wytwarzania energii. Zespół jest jednak przekonany, że ich urządzenie może być ulepszone i skalowane.

- Dalsza poprawa stosunku powierzchni do objętości poprzez inżynierię kanałów lub zwiększenie współczynników aspektowych materiału gąbki zagwarantuje szybkość pobierania wody, co jest niezbędne do skalowania jednostek DAE - piszą naukowcy.

Badania zostały opublikowane w Nature Communications: nature.com

Źródło: nature.com, sciencealert.com