Nový materiál vyvinutý v Linköpingu umožňuje rozkládat vodu pouze pomocí slunečního světla a dosahuje účinnosti téměř 10 %.
- Nová technologie pro efektivnější výrobu vodíku
- Třívrstvý materiál: křemík, kobalt a katalyzátor
- O osmkrát vyšší výkonnost ve srovnání s předchozími technologiemi
- Zelený vodík získávaný pomocí přímého slunečního světla
- Reálná alternativa pro těžkou dopravu a letectví.
Nový materiál pro rozklad vody pomocí slunečního světla
Výroba zeleného vodíku z vody a sluneční energie udělala krok vpřed díky novému materiálu vyvinutému skupinou vědců z univerzity v Linköpingu ve Švédsku. Pomocí třívrstvé struktury se jim podařilo osmkrát zvýšit účinnost fotokatalýzy vody, což může urychlit přechod k energetickému modelu bez emisí.
Práce vedená profesorem Jianwu Sunem a publikovaná v Journal of the American Chemical Society se zaměřuje na zlepšení schopnosti určitých materiálů zachycovat sluneční světlo a využívat tuto energii k rozkladu molekul vody na vodík (H₂) a kyslík (O₂). Tento proces, známý jako fotokatalýza, se může stát čistým a udržitelným způsobem výroby vodíku bez použití fosilních paliv.
Proč je to důležité?
V souvislosti se zákazem prodeje nových benzínových a naftových automobilů v Evropské unii v roce 2035 se pozemní doprava snaží o elektrifikaci. Odvětví jako letecká doprava, námořní doprava nebo dálková nákladní doprava však kvůli své hmotnosti a omezené autonomii pravděpodobně nebudou moci fungovat pouze na baterie.
V těchto případech se zelený vodík jeví jako životaschopné řešení. Při použití nevypouští CO₂ a může být skladován v kapalné nebo plynné formě, což zajišťuje dostatečnou energetickou hustotu pro těžká dopravní prostředky. Dosud však byla jeho výroba nákladná a závislá na vnějších zdrojích obnovitelné elektřiny, což omezovalo jeho ekonomickou proveditelnost.
Jádro průlomu: třívrstvá struktura
Nový materiál kombinuje kubický karbid křemíku (3C-SiC), známý svou schopností absorbovat sluneční světlo, oxid kobaltu (Co₃O₄) a povlak z hydroxidu niklu (Ni(OH)₂), který působí jako katalyzátor. Klíčem k úspěchu je to, jak tyto vrstvy spolupracují, aby:
- Zlepšily absorpci slunečního spektra.
- Účinně rozdělovaly elektrické náboje generované světlem (a zabraňovaly jejich rekombinaci).
- Podporovaly chemickou reakci rozkládající vodu.
Tato synergie umožňuje osminásobné zvýšení účinnosti ve srovnání s použitím pouze karbidu křemíku, což je významný průlom v oblasti, kde je pokrok obvykle postupný.
Blíže budoucnost solárního vodíku
V současné době je většina vodíku vyráběného na světě šedým vodíkem, který se získává z přírodního plynu procesem, při kterém se uvolňují velké množství oxidu uhličitého. Pouze nepatrná část je zelený vodík vyrobený z obnovitelné elektřiny. Ale i tato ekologicky čistá varianta vyžaduje elektrickou infrastrukturu a může být nákladná nebo omezená v závislosti na dostupnosti energie v reálném čase.
Inovativnost přístupu Jianwu Suna a jeho týmu spočívá v tom, že se zaměřuje na úplné odstoupení od elektrické sítě: proces bude fungovat pouze za přímého slunečního světla. Pokud se jim podaří dosáhnout cíle 10% účinnosti, který je považován za minimální standard pro průmyslovou výrobu, otevře to cestu k autonomním zařízením na výrobu vodíku i v odlehlých nebo slunných regionech, které nemají přístup ke složité energetické infrastruktuře.
V současné době je účinnost podobných materiálů 1 % až 3 %, takže úkol je technicky náročný, ale proveditelný. Vědci odhadují, že během pěti až deseti let budou schopni připravit verzi pro testování ve větším měřítku.
Reálné příklady a důsledky
Průkopnické projekty, jako je HyDeal España, který plánuje vyrábět zelený vodík ve velkém měřítku pomocí sluneční energie na jihu země, nebo koridor zeleného vodíku v severní Evropě, ukazují, že infrastruktura pro využívání tohoto typu vodíku se již začíná formovat. Bez takových průlomů v oblasti materiálů však náklady zůstávají překážkou.
Kromě toho by možnost vytvoření systémů výroby na místě s využitím slunečního světla umožnila venkovským komunitám nebo ostrovům vyrábět vlastní palivo bez závislosti na dodávkách fosilních paliv a drahých elektrických sítí.
Potenciál
Tento nový materiál a související technologie se mohou stát klíčovým prvkem globální dekarbonizace, pokud se podaří rozšířit jeho použití. Mezi realistické oblasti použití patří:
- Energetické zásobování těžkých motorových vozidel (nákladní automobily, lodě, vlaky) s nulovými emisemi.
- Rozvoj místních vodíkových stanic v oblastech s vysokým slunečním zářením, jako je Středomoří, Sahel nebo Latinská Amerika.
- Decentralizovaná výroba ekologických druhů paliv pro letectví, jako je syntetický kerosin na bázi zeleného vodíku.
- Výrazné snížení emisí v chemickém a ocelářském průmyslu, odvětvích, která je obtížné elektrifikovat.
- Energetická nezávislost komunit s nízkou úrovní rozvoje elektrických sítí, ale vysokým slunečním potenciálem.
Výzkum týmu z Linköpingu tak představuje nejen vědecký průlom, ale také otevírá dveře k novému energetickému paradigmatu, ve kterém sluneční světlo může napájet celé průmyslové odvětví bez uhlíkové stopy.
