Birminghami ülikooli teadlased töötasid välja meetodi vesiniku tootmiseks, kasutades perovskiitkatalüsaatorit vee lõhustamiseks madalatel temperatuuridel. See tehnoloogia võimaldab kasutada tööstussektorite heitsoojust, muutes protsessi energiatõhusamaks. Uudne lähenemine võib pakkuda odavamat ja puhtamat alternatiivi praegustele elektrolüüsi ning fossiilkütustel põhinevatele tootmismeetoditele.
Uuringu kohaselt töötab katalüsaator vahemikus 150 kuni 500 kraadi, mis on märgatavalt madalam tavapärastest termokeemilistest süsteemidest. Kohapealne tootmine tehastes vähendab vajadust kalli transporditaristu järele. Teadlased on esitanud patenditaotluse ja otsivad partnereid tehnoloogia edasiarendamiseks, et viia vesiniku tootmine laboritingimustest laiemasse tööstuslikku kasutusse.
Vesinik kõlab nagu ideaalne kütus: puhas, võimas ja tulevikku vaatav. Ometi sünnib enamik sellest praegu endiselt protsessides, mis paiskavad õhku suuri koguseid süsinikdioksiidi. Briti teadlased usuvad aga, et nad võivad olla lähedal lahendusele, mis kasutab hoopis tööstuste raisku minevat soojust. Võti peitub kummalise nimega materjalis – perovskiidis –, mis suudab vett lõhustada senisest palju leebemates tingimustes. Kas just see võib olla läbimurre, mis viib vesiniku lõpuks laboritest pärismaailma?
Vaatamata puhtale mainele toodetakse umbes 95% vesinikust endiselt fossiilkütuste abil, sageli energiamahukate protsesside kaudu, mis tekitavad märkimisväärseid süsinikdioksiidi heitmeid.
Nüüd on Birminghami ülikooli teadlased välja töötanud uue madalatemperatuurilise meetodi vesiniku tootmiseks, mis võiks muuta kütuse odavamaks, puhtamaks ja lihtsamini toodetavaks seal, kus seda vajatakse.
Nende lähenemisviis kasutab perovskiitkatalüsaatorit vee lõhustamiseks vesinikuks ja hapnikuks palju madalamatel temperatuuridel kui tavapäraste termokeemiliste meetodite puhul, võimaldades potentsiaalselt kasutada tööstuslikku heitsoojust sellistest sektoritest nagu terase-, tsemendi-, klaasi- ja keemiatööstus, et toita kohalikku vesinikutootmist.
Termokeemiline vee lõhustamine on kujunenud paljulubavaks alternatiiviks tavapärasele vesinikutootmisele, kuna see väldib otsest sõltuvust fossiilkütustest. Nendes süsteemides neelavad ja vabastavad katalüsaatorid korduvalt hapnikku, eraldades samal ajal veest vesiniku ja hapniku.
Olemasolevad katalüsaatorid vajavad vee lõhustamiseks aga tavaliselt temperatuuri 700 kuni 1000 °C ja tsüklitevaheliseks regenereerimiseks isegi 1300 kuni 1500 °C, mis piirab nende praktilisust ja tõhusust.
Professor Yulong Dingi juhitud töörühm ülikooli keemiatehnoloogia koolist on näidanud, et seda temperatuurinõuet saab perovskiitkatalüsaatori abil vähendada 500 °C võrra.
Nende uuring, mis avaldati ajakirjas International Journal of Hydrogen Energy, leidis, et katalüsaator suudab toota märkimisväärses koguses vesinikku temperatuuril 150 kuni 500 °C ja seda saab regenereerida temperatuuril 700 kuni 1000 °C.
Professor Ding ütles, et protsessi madalam üldine temperatuur võiks võimaldada vesiniku tootmist taastuvenergia tootmisjaamade lähedal ning baastööstuse sektorites, nagu terase-, tsemendi-, klaasi- ja keemiatööstus, on küllaldaselt heitsoojust, mida saaks kasutada madalatemperatuurilise vesinikutootmise soojusallikana.
Kui vesinikku kasutatakse kohapeal, ületaks see ladustamise ja transpordiga seotud takistused, võimaldades seega vesinikkütuse kasutuselevõttu ilma kuluka infrastruktuuri vajaduseta.
Esialgne kulude ja konkurentsivõime analüüs viitab sellele, et perovskiitkatalüsaatoriga vee lõhustamine võiks toota vesinikku odavamalt kui roheline vesinik, mis onn toodetud veest elektrolüüsi teel või sinine vesinik, mis toodetud metaanist süsiniku püüdmise ja säilitamisega.
Kulueelis oli suurim madalate taastuvenergia hindadega kohtades, sealhulgas Austraalias.
Uuring viidi läbi koostöös Pekingi teadus- ja tehnoloogiaülikooliga (University of Science and Technology Beijing, USTB) ning seda turustavad Ühendkuningriigis ja Euroopas Birminghami ülikool. University of Birmingham Enterprise on esitanud patenditaotluse, mis hõlmab BNCF-katalüsaatorite kasutamist vee lõhustamiseks madalatel temperatuuridel, ning otsib nüüd arenduspartnereid tehnoloogia edasiarendamiseks.
Miks just termokeemiline lõhustamine?
Vesinik on universumi kõige levinum element, kuid Maal leidub seda harva puhta vesinikgaasina ja kui siis maa-alustes maardlates. Selle asemel on see tavaliselt lukustatud teistesse molekulidesse, eriti vette ja süsivesinikesse, nagu maagaas, mis sisaldab peamiselt metaani, samuti kivisüsi ja nafta.
Vesiniku tootmiseks on vaja need molekulid eraldi komponentideks lõhustada.
Tänapäeval on domineeriv meetod aurureforming, mis lõhustab metaani vesiniku tootmiseks. See protsess moodustab ligi poole kogu maailmas toodetavast H2-st, kuid see tekitab kõrvalsaadusena CO2, mis vähendab selle väärtust süsinikuvaba energiaallikana, kui seda ei kombineerita süsiniku püüdmise ja säilitamisega.
Elektrolüüs pakub rohelisemat viisi H2 tootmiseks, kuid see peab konkureerima odavama, metaani lõhustamisel saadava vesinikuga ja annab praegu vaid umbes 4% maailma vesinikutoodangust.
Fotoonilised meetodid kasutavad valguse abil vee muundamist vesinikuks, kuid need on alles liiga varajases staadiumis ning seisavad silmitsi suurte väljakutsetega tõhususe, skaleeritavuse ja kuluefektiivsuse osas.
Perovskiitkatalüsaator – mis ime see on?
Perovskiidid on võrestruktuuriga materjalid, mis suudavad oma struktuuri neelata hapnikumolekule ja lõhustada hapnikku sisaldavaid molekule nende koostisosadeks.
Perovskiite on mitmel kujul, kuid teadlased keskendusid baariumist, nioobiumist, kaltsiumist ja rauast valmistatud materjalidele (BNCF-perovskiidid).
Need materjalid on kergesti kättesaadavad, ei vaja keerulist sünteesi ega sisalda mürgiseid koostisosi.
Nende töö näitas, et BNCF-perovskiidid suudavad hapnikku oma struktuuri vastu võtta palju madalamatel temperatuuridel, kui varem arvati. Parimaks koostiseks tunnistati perovskiit nimega BNCF100.
Uuring kinnitas ka, et katalüsaatorit saab regenereerida madalamatel temperatuuridel kui praeguseid vee lõhustamise katalüsaatoreid ja see suudab jätkata vesiniku tootmist üle 10 tootmistsükli. Röntgen-difraktsioonanalüüs näitas protsessi käigus vaid tagasihoidlikke tõendeid selle kohta, et katalüsaatoriga toimuksid struktuurimuutused.
Professor Ding ütles, et nende uuring näitas katalüsaatorit, mis on võimeline tootma märkimisväärses koguses vesinikku suhteliselt madalatel temperatuuridel, ning esialgne tehnilis-majanduslik uuring näitab, et see on kulutõhus võrreldes väljakujunenud sinise ja rohelise vesiniku tootmisviisidega.
Tehtud uuringust avaldati 30. aprillil sel aastal artikkel «Remarkable thermochemical water-splitting on Ba2 Ca0.66 Nb1.34-xFexO6-δ perovskites at medium temperatures for hydrogen production», ajakirjas International Journal of Hydrogen Energy.
Allikas: SciTech Daily
