Jaunais process varētu padarīt zaļā ūdeņraža ražošanu ekonomiski pievilcīgāku, jo elektrolīzes laikā līdztekus degvielai tiktu iegūta arī plaši izmantojama rūpnieciska ķimikālija.

Skābekļa vietā iegūst epoksīdu

Parasti ūdens elektrolīzē rodas ūdeņradis un skābeklis. Technion pētnieku pieeja paredz skābekļa veidošanās reakciju aizstāt ar epoksīda sintēzi. Epoksīdi ir ķimikāliju grupa, ko plaši izmanto polimēru, pārklājumu, līmvielu, farmaceitisko preparātu un citu produktu ražošanā.

Pētījumā norādīts, ka sistēma sasniedza 98% efektivitāti gan ūdeņraža iegūšanā, gan paralēlajā epoksīda ražošanas reakcijā. Pēc pētnieku skaidrotā, tas nozīmē, ka konkurējošās reakcijās tika zaudēti tikai aptuveni 2% elektriskā lādiņa. Komanda arī ziņo par strāvas blīvumu, kas, pēc tās vērtējuma, ir savietojams ar liela mēroga rūpniecisku elektrolīzi.

Pētījumu, kas publicēts žurnālā Nature Communications, vadīja Technion Materiālzinātnes un inženierzinātņu fakultātes profesors Avners Rotšilds un pēcdoktorantūras pētnieks Guilins Ruans. Komanda par tehnoloģiju iesniegusi patenta pieteikumu ASV.

Mēģinājums samazināt zaļā ūdeņraža izmaksas

Zaļo ūdeņradi ražo, izmantojot no atjaunīgajiem avotiem iegūtu elektroenerģiju, lai sadalītu ūdeni ūdeņradī un skābeklī. Ūdeņradis var palīdzēt samazināt emisijas nozarēs, kuras ir grūti tieši elektrificēt, taču tā plašāku ieviešanu līdz šim ierobežojusi cena, kas ir augstāka nekā fosilā kurināmā izmantošanas procesā iegūtam ūdeņradim.

Technion komanda šo problēmu centās risināt, pārdomājot, kas notiek elektrolīzes otrajā pusē. “Skābekļa ražošanas vietā” pētnieki centās radīt epoksīdu, pārvēršot parasti blakusproduktu par potenciāli vērtīgu ķīmisko izejvielu.

Bez membrānas, apvienojot ūdeņraža un ķimikālijas ražošanu

Process balstās uz agrākiem Rotšilda un viņa līdzstrādnieku pētījumiem, kuros tika nodalītas elektroķīmiskās reakcijas, kas parasti rada ūdeņradi un skābekli. Šī ideja ir pamatā elektrolīzei bez membrānas — pieejai, kurā nav vajadzīga tradicionālā membrāna abu elektrodu reakciju atdalīšanai. Agrāku pētnieku grupas tehnoloģiju ir komercializējis uzņēmums H2Pro.

Jaunā sistēma šo koncepciju attīsta citā virzienā, apvienojot ūdeņraža ražošanu ar ķīmisko sintēzi. Pēc Ruana teiktā, rezultātus nodrošina visas elektroķīmiskās sistēmas optimizēšana, nevis koncentrēšanās tikai uz vienu elektrodu vai atsevišķu reakciju.

Sistēmā apvienoti elektrodi, redoksmediators, šķīdinātāja vide un darbības konfigurācija. Tas ļauj ražot ūdeņradi un epoksīdu bez membrānas, kas atdalītu elektrodus. Šāda pieeja varētu radīt papildu ekonomisku stimulu zaļā ūdeņraža ražošanai, jo elektrolīzes procesā tiktu iegūti divi noderīgi produkti, nevis tikai ūdeņradis un skābeklis.

Tehnoloģijai vēl jāiztur rūpnieciska mēroga pārbaudes

Pētnieku ziņotie rezultāti iegūti eksperimentos, un pētījums vēl neapliecina, ka tehnoloģija ir gatava komerciāla mēroga ieviešanai. Lai gan norādīts, ka sasniegtais strāvas blīvums ir savietojams ar liela mēroga elektrolīzi, nepieciešama turpmāka izstrāde, lai pārbaudītu procesa darbību ilgstošos rūpnieciskos apstākļos.

Pētījumu atbalstīja Eiropas Pētniecības padome ar projektu H2Bro, kas tika īstenots pēc Rotšildam 2023. gadā piešķirtās ERC Advanced Grant dotācijas. Darbs ir arī daļa no starpuniversitāšu pētniecības iniciatīvas “Waste to Value”, ko finansē Izraēlas Augstākās izglītības padome.

ASV iesniegtais patenta pieteikums liecina, ka pētnieki saskata procesa izmantošanas potenciālu arī ārpus laboratorijas.