Vodík, například pro pohon vozidel, lze praktickým způsobem vyrábět elektrolýzou vody i bez membrány pomocí poměrně běžných katalyzátorů. Ukázal to tým badatelů z Van’t Hoffova ústavu pro molekulární vědy na Amsterdamské univerzitě, který vedl Ning Yan.
Nová metoda elektrolýzy, vyvinutá společně s vědci z Wuchanské univerzity a Wuchanské technické univerzity, nabízí podle serveru Tech Xplore výrazné výhody oproti elektrolyzérům, které se pro průmyslovou výrobu vodíku využívají nyní.
Přechod na vodíkovou ekonomiku je pro ekologickou energetiku i pro řešení klimatické změny zásadní. Vodík se běžně vyrábí elektrolýzou vody, tedy rozkladem vody na vodík a kyslík působením elektrického proudu. Vodík se používá jako čistý nositel energie i jako surovina pro výrobu celé řady chemických látek z CO2.
Přístroje pro elektrolýzu jsou známé už přes 200 let, přesto však se tato technologie potýká s významnými problémy. Například běžná alkalická elektrolýza vody je vhodnější pro nižší hustotu proudu a pro nízké tlaky. Novější elektrolyzéry s protonově vodivou membránou zase vyžadují použití katalyzátorů ze vzácných kovů a také rozsáhlé čištění vody.
Sendvičová architektura
Nové elektrolyzéry dokážou rozkládat vodu na vodík a kyslík při vysoké proudové hustotě pomocí katalyzátorů, které jsou v přírodě hojné. Elektrolyzér sestává ze dvou totožných a oddělených komor se sendvičovou architekturou. Skrze tento sendvič proudí dva roztoky: katolyt bohatý na vodík a anolyt bohatý na kyslík. Během procesu anolyt a katolyt proudí dokola, takže funkce každé komory se cyklicky mění. V důsledku toho dokáže nový elektrolyzér vyrábět plynný vodík s 99% čistotou.
Podle Ninga Yana tato nová konstrukce spojuje to nejlepší z obou světů: „Těsná sendvičová struktura umožňují kratší dráhu proudění iontů, díky čemuž je elektrický odpor bezmembránového článku srovnatelný s využitím protonově vodivé membrány. Společně s oddělením obou reakčních komor může článek fungovat při nižší proudové hustotě. Funguje navíc stejně s deionizovanou vodou i s běžnou vodou z kohoutku.“
Provozní cyklus
V zájmu kontinuální provozu elektrolyzér pracuje cyklicky. Zkoušky prokázaly, že funguje stejně dobře v redukční i oxidační reakci vody. Značnou výhodou je, že elektrolyzér nevyžaduje využívání vzácných kovů. Jako katalyzátor tu slouží látky na bázi dusíku. Využití materiálů, které jsou hojně dostupné, je klíčem k praktické aplikaci. Aby vyrobený vodík byl na trhu konkurenceschopný, musí stát méně než 2 eura za kilogram. Badatelé si pochopitelně uvědomují, že širší využití této technologie ještě vyžaduje mnoho práce a výzkumu.
