Presja wywierana na paliwa kopalne w ostatnim czasie stymuluje działania do poszukiwania coraz nowszych rozwiązań w branży paliwowej i energetycznej. Obecnie duże nadzieje pokłada się w wodorze. Istnieje szereg metod pozyskiwania wodoru, lecz największy nacisk kładzie się na technologie zapewniające otrzymanie wodoru wysokiej czystości. Proces fotoelektrolitycznego rozszczepienia wody jest jednym z takich rozwiązań.
Naukowcy z KU Leuven z Belgii w ramach spółki spin-off powołali do życia spółkę SolHyd. Od ponad 10 lat pracują oni nad rozwojem technologii fotoelektrolitycznej.
Technologia SolHyd jest połączeniem panelu fotowoltaicznego z opatentowanym układem fotoelektrolitycznym wytwarzającym gazowy wodór (patent EP3027788B1). Proces polega na wychwycie wilgoci ze strumienia powietrza poprzez naturalną, niewymuszoną konwekcję przez panel. Energia elektryczna wytwarzana przez górną warstwę panelu słonecznego wykorzystywana jest przez układ fotoelektrolityczny do rozszczepiania cząsteczek wody pobieranych bezpośrednio z powietrza za pomocą zmodyfikowanej membrany PEM.
Fotoelektrolityczny układ generacji wodoru składa się z:
- fotoanody półprzewodnikowej (składającej się z wielościennych nanorurek pokrytych warstwą nanocząstek TiO2 w formie anatazu – TiO2/MWCNT), zasilanej światłem i odpowiadającej za utlenianie cząsteczek wody zawartych w powietrzu,
- katody (składającej się z wielościennych nanorurek uszlachetnionych nanocząstkami platyny – Pt/MWCNT), odpowiadającej za wytworzenie gazowego wodoru,
- zmodyfikowanej membrany (np. Nafion™ – PEM), która tworzy monolityczny układ łącząc pośrednio katodę i anodę, umożliwiając przepływ protonów od fotoanody do katody.
Na powierzchnie elektrod oraz membranę naniesione są materiały higroskopijne – zeolity (możliwe jest również zastosowanie żeli krzemionkowych lub glinek), które utrzymują odpowiednią „rezerwę” wilgoci w układzie.
Masa pojedynczego panelu wynosi ok. 40 kg, a przypuszczalna wydajność produkcji to ~6-12 kg wodoru/rok (tj. ok. 250 l wodoru dziennie). Niewątpliwą zaletą jest niskie ciśnienie wytwarzania wodoru – 300-500 mbar. Twórcy podkreślają, że produkcja wodoru ściśle zależy od energii słonecznej (stąd ograniczenia w produkcji w okresach braku dostatecznego nasłonecznienia), gdyż panele same w sobie mają zdolność do magazynowania pewnej ilości wilgoci. Obecnie technologia jest ciągle w rozwoju, a naukowcy ciągle pracują nad optymalizacją technologii pod kątem efektywności ekonomicznej i niezawodności.
SolHyd posiada pilotażową linię produkcyjną. W połowie 2022 roku pojawił się prototyp panelu, a pod koniec 2023 roku firma ukończyła partię 10 sztuk paneli, które mają zostać wdrożone w ramach projektu testowego w Belgii. Komercyjna produkcja paneli wodorowych ma ruszyć w 2026 roku, a moce produkcyjne mają osiągnąć 5000 szt. paneli/rok.
W jakim kierunku ta technologia się rozwinie? Czy panele wodorowe znajdą zastosowanie w praktyce? To okaże się w najbliższej przyszłości.
Przygotował: Krzysztof Supernok
Zakład Transformacji Energetycznej
Źródło:
https://solhyd.eu/en/
https://patents.google.com/patent/EP3027788B1/un