Kluczem do obniżenia cen jest zastąpienie jednego z najdroższych materiałów w całym układzie. Naukowcy z Washington University w St. Louis opracowali metodę, która pozwala użyć żelaza zamiast platyny. To może być punkt zwrotny dla całej branży.
Chemiczna para gazów kluczem do stabilności
Pomysł na wykorzystanie żelaza jako katalizatora nie jest nowy. Ten pierwiastek jest tani i powszechnie dostępny, ale do tej pory miał poważną wadę – szybko ulegał degradacji w kwaśnym środowisku wewnątrz ogniwa. To właśnie uniemożliwiało jego komercyjne zastosowanie w mobilnych ogniwach paliwowych z membraną wymiany protonowej, które są uważane za najodpowiedniejsze do napędu pojazdów.
Czytaj także: Wodorowe auta już są – teraz czas na samoloty. Azjatycka potęga sięga po niesłychane środki
Zespół pod kierunkiem profesora Genga Wu znalazł na to sposób. Podczas specjalnego procesu aktywacji termicznej tworzy się unikalna para gazów, która skutecznie stabilizuje katalizator żelazny. Dzięki temu uzyskano nie tylko większą trwałość, ale także wyższą gęstość energii i dłuższą żywotność samego ogniwa. Rozwiązanie problemu, nad którym pracowano przez lata, otwiera nowe możliwości. Katalizatory platynowe odpowiadają za blisko połowę kosztów całego stosu ogniw, więc ich zamiana na żelazo mogłaby radykalnie obniżyć cenę końcowego produktu.
Ogniwa paliwowe biją silniki spalinowe na głowę
Poza kwestią kosztów, technologia wodorowa ma jeszcze jedną, często pomijaną zaletę – niezwykłą efektywność. Podczas gdy tradycyjny silnik spalinowy zamienia w użyteczną energię mniej niż 20% zawartej w paliwie benzyny, ogniwa paliwowe są pod tym względem bezkonkurencyjne. Szacuje się, że wydobywają one ponad 60% energii z wodoru, a jeśli dodatkowo odzyskuje się wytwarzane przy okazji ciepło, współczynnik ten może sięgnąć nawet 85%.
Sam proces działania ogniwa jest zaskakująco prosty i czysty. Urządzenie łączy wodór z tlenem z powietrza, generując prąd elektryczny. Jedynym produktem ubocznym tej reakcji jest para wodna, co oznacza zerową emisję szkodliwych substancji bezpośrednio z pojazdu.
Pierwsze wdrożenia w transporcie ciężkim
Badacze nieprzypadkowo skoncentrowali się na ogniwach z membraną wymiany protonowej. Ta technologia świetnie sprawdza się w zastosowaniach, które wymagają dużej mocy i zasięgu, a jednocześnie pozwalają na scentralizowane tankowanie. Dlatego pierwszymi beneficjentami nowych, tańszych katalizatorów najprawdopodobniej będą duże floty pojazdów ciężarowych, autobusów miejskich czy maszyn budowlanych.
Takie podejście ma ekonomiczny sens. Zbudowanie sieci stacji wodoru dla przeciętnego kierowcy to ogromne wyzwanie logistyczne i finansowe. Dla firmy posiadającej własną bazę i flotę ciężarówek sprawa jest prostsza. Innymi obszarami, które mogą skorzystać na tej technologii, są lotnictwo o niskim zasięgu oraz energiożerne centra danych przetwarzające algorytmy sztucznej inteligencji.
Czytaj także: Auta wodorowe oczyszczają powietrze? Jeżdżą już po Polsce, a to dopiero początek
Obecnie ogniwa wodorowe są już używane komercyjnie, na przykład w Japonii czy Kalifornii, ale ich upowszechnienie blokują wciąż zbyt wysokie koszty produkcji i szczątkowa infrastruktura. Kolejne etapy badań będą skupiać się na dalszym udoskonaleniu procesu stabilizacji żelaza, aby jego parametry dorównały lub przewyższyły właściwości metali szlachetnych. Prace są finansowane przez uczelnię, amerykańską National Science Foundation oraz tamtejszy Departament Energii.
Jeśli uda się dopracować tę technologię do poziomu masowej produkcji, może to wreszcie stworzyć realną alternatywę dla baterii elektrycznych, szczególnie w segmencie ciężkiego transportu. Na razie jednak to obiecujący eksperyment laboratoryjny, a jego komercyjny sukces będzie zależał od wielu czynników, w tym od tempa rozwoju samej infrastruktury wodorowej.
