Bardziej ekologiczne podejście do produkcji zielonego wodoru
Chociaż wodór ma potencjał, by odegrać dużą rolę w transformacji Europy w kierunku czystej energii, wykorzystanie tego potencjału wymaga najpierw pokonania kluczowej przeszkody: wytwarzanie wodoru ma dość duży ślad węglowy. „Wodór potrzebny jest do produkcji chemikaliów o wysokiej wartości i czystych paliw, takich jak metanol, ale ponieważ jest on zwykle pozyskiwany z węglowodorów, jego produkcja powoduje znaczną emisję CO2” — wyjaśnia Daniel Garcia-Sanchez, starszy badacz w Instytucie Termodynamiki Inżynieryjnej w Niemieckiej Agencji Kosmicznej. Według Garcii-Sancheza odpowiedzią może być zielony wodór. „Najbardziej odpowiednią technologią do produkcji zielonego wodoru jest elektroliza wody z membraną protonowymienną (PEMWE)” — mówi. Jednak z PEMWE wiążą się inne specyficzne wyzwania środowiskowe — wymaga to użycia surowców krytycznych (CRM). „Zależność PEMWE od katalizatorów z metali szlachetnych i drogich komponentów wykonanych z tytanu stanowi poważne zagrożenie dla pomyślnego skalowania i wprowadzenia tej technologii na rynek” — dodaje Garcia-Sanchez. Przy wsparciu finansowanego ze środków UE projektu PROMET-H2 Garcia-Sanchez kieruje wysiłkami na rzecz opracowania bardziej zrównoważonego, opłacalnego PEMWE, bez uszczerbku na jego wydajności i trwałości. „Chcemy osiągnąć właściwą równowagę między kwestiami ekonomicznymi a zrównoważonym rozwojem, aby wypozycjonować PEMWE jako technologię z wyboru do produkcji i magazynowania zielonego wodoru” — zauważa Garcia-Sanchez.
Zastąpienie krytycznych surowców przyjaznymi dla środowiska
Osiągnięcie tego celu oznaczało drastyczne zmniejszenie wykorzystania CRM w PEMWE i zastąpienie ich materiałami bardziej przyjaznymi dla środowiska i gospodarki. W ramach projektu opracowano nowe katalizatory i ulepszone elektrody, co pozwala drastycznie zmniejszyć zużycie CRM. Nowe membrany powlekane katalizatorem (CCM) opracowane w ramach PROMET-H2 pozwalają 10-krotnie zmniejszyć zawartość irydu w warstwie katalizatora. „Nowe CCM nie tylko drastycznie zmniejszają wykorzystanie CRM, ale robią to bez uszczerbku dla wydajności” — zauważa Garcia-Sanchez. „W rzeczywistości nasze rozwiązanie zwiększa wydajność i wydłuża oczekiwaną żywotność”. W projekcie zastąpiono również tytan stalą nierdzewną, czyli bardzo trwałym materiałem, który może być też wytwarzany z materiałów pochodzących z recyklingu. Co więcej, stal nierdzewna sama w sobie jest materiałem nadającym się do recyklingu. Jeśli mowa o recyklingu, kolejnym kluczowym rezultatem projektu była nowa, przyjazna dla środowiska metoda recyklingu i ponownego wykorzystania CRM. Proces hydrometalurgiczny zapewnia 100-procentowy odzysk platyny i 60-procentowy odzysk irydu.
Zrównoważona, wysokowydajna i trwała PEMWE
Elektrolizer opracowany w ramach projektu PROMET-H2 ma zostać przetestowany i zwalidowany w zakładzie produkcji odnawialnego metanolu o mocy produkcyjnej H2 wynoszącej 25 kW. Oczekuje się ponadto, że rozwiązanie PROMET-H2 zmniejszy nakłady inwestycyjne nawet o 21% w porównaniu do standardowej PEMWE. „Dzięki zaangażowaniu wszystkich partnerów projektu udało nam się opracować zrównoważoną, wysokowydajną i trwałą PEMWE o wyjątkowo niskich kosztach kapitałowych” — podsumowuje Garcia-Sanchez. „W ten sposób pomogliśmy wypozycjonować zielony wodór jako realny czynnik napędzający transformację energetyczną w Europie”. W ramach projektu opublikowano ponad 13 artykułów w uznanych czasopismach, omówiono przeprowadzone prace na wielu międzynarodowych konferencjach i uzyskano kilka patentów. Naukowcy pracują obecnie nad dalszym zmniejszeniem ogólnych kosztów PEMWE i jej zależności od CRM.
Słowa kluczowe
PROMET-H2, zielony wodór, wodór, surowce krytyczne, transformacja energetyczna, elektroliza wody z membraną protonowymienną, PEMWE, stal nierdzewna
