Dwie pieczenie na jednym ogniu, czyli produkcja wodoru i azotku krzemu z odpadów fotowoltaicznych
Zamiast traktować zużyte panele słoneczne jako problem, naukowcy z Korei Południowej proponują ich wykorzystanie do produkcji cennego paliwa przyszłości. Kluczem do tego rozwiązania jest mechanochemia, która zastęp tradycyjne metody wymagające ekstremalnie wysokich temperatur. Proces opracowany przez zespół z UNIST pozwala na produkcję całkowicie czystego wodoru z amoniaku w temperaturze zaledwie 50°C. To ogromna różnica w porównaniu z konwencjonalnymi technologiami, które wymagają nagrzewania do 400-600°C.
Czytaj też: Realna szansa na tańsze panele słoneczne. Cicha rewolucja ma miejsce w piecu
Cały mechanizm opiera się na umieszczeniu gazowego amoniaku wraz ze sproszkowanym krzemem w specjalnym szczelnym pojemniku zwanym młynem kulowym. Następujące później intensywne wstrząsanie prowadzi do mechanicznych uderzeń i tarcia, które aktywują krzem do szybkiego rozkładu amoniaku. Powstający w tym procesie azot nie ucieka do atmosfery, bo zamiast tego reaguje z krzemem, tworząc wartościowy azotek krzemu.
Eksperymenty potwierdziły całkowity rozkład amoniaku z wydajnością produkcji wodoru na poziomie 102,5 milimola na godzinę. Najbardziej imponujące jest to, że czystość otrzymywanego wodoru sięgała 100 procent i to bez konieczności stosowania dodatkowych, energochłonnych etapów oczyszczania. Prawdziwym przełomem okazała się jednak możliwość wykorzystania krzemu odzyskanego ze zużytych paneli fotowoltaicznych. Materiał pochodzący z recyklingu wykazał identyczną skuteczność jak komercyjny proszek krzemowy i to zarówno pod względem konwersji amoniaku, jak i czystości otrzymywanego wodoru.
Walka ze zużytymi panelami fotowoltaicznymi dopiero się zaczyna
To rozwiązanie pojawia się w idealnym momencie, biorąc pod uwagę skalę nadchodzącego problemu. Wedle szacunków do 2050 roku na świecie zgromadzi się ponad 80 milionów ton odpadów z paneli słonecznych i tutaj właśnie wchodzi technologia pokroju produkcji wodoru z tych odpadów, bo może ona przekształcić ekologiczny kłopot w wartościowy surowiec. Zwłaszcza że oprócz wodoru produkcja obejmuje też azotek krzemu i to jako produkt uboczny, a jest to akurat wysokiej klasy materiał ceramiczny o konkretnym zastosowaniu. Testy w akumulatorach litowo-jonowych wykazały jego doskonałe właściwości, a w tym pojemność na poziomie 391,5 mAh/g z utrzymaniem ponad 80 procent wydajności po tysiącu cykli ładowania i efektywnością na poziomie 99,9 procent.
Czytaj też: Przełom w walce z wszechobecnym litem. Ten akumulator przyciąga marzenia
Analizy ekonomiczne przeprowadzone przez zespół wskazują na rewolucyjny potencjał tej technologii. Po uwzględnieniu przychodów ze sprzedaży azotku krzemu pochodzącego z recyklingu paneli koszt produkcji wodoru może spaść do ujemnej wartości około 26 złotych za kilogram.
To osiągnięcie oferuje rozwiązanie długotrwałego wyzwania związanego z separacją i oczyszczaniem wodoru w gospodarce wodorowej opartej na amoniaku. Może odegrać znaczącą rolę w zarządzaniu ponad 80 milionami ton odpadów fotowoltaicznych prognozowanych na 2050 rok – stwierdził profesor Jong-Beom Baek.
Mechanochemiczna reakcja amoniaku z krzemem osiągnęła parametry, które do niedawna uważano za nieosiągalne, bo stuprocentową konwersję amoniaku przy zachowaniu pełnej czystości wodoru. Jest to już zresztą pewne, bo badania ukazały się w Journal of the American Chemical Society w sierpniu 2025 roku, a to tylko potwierdza ich naukową wiarygodność. Opisana tam dokładniej technologia pokazuje, jak inteligentne podejście do recyklingu może nie tylko rozwiązywać problemy środowiskowe, ale także tworzyć zupełnie nowe modele ekonomiczne.
Czytaj też: Nowy przełom w akumulatorach. Srebro na elektrodzie to spokój w garażu
Jeśli finalnie mechanochemiczny rozkład amoniaku na krzemie utrzyma parametry poza laboratorium, to świat dostanie rzadko spotykaną kombinację – technologię zgodną z logiką gospodarki obiegu zamkniętego, wrażliwą kosztowo i podatną na modularyzację. Odpad z fotowoltaiki przestanie być tym samym balastem, a zacznie być paliwem i półproduktem do urządzeń, które przechowują energię.