Nowe materiały na bazie wodoru: wydobywanie ogromnych możliwości wodoru

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• 23 kwietnia 2024 r.

Podsumowanie spostrzeżeń

Naukowcy opracowali metodę przekształcania siarkowodoru, przemysłowego produktu ubocznego o nieprzyjemnym zapachu, w użyteczny wodór i siarkę przy użyciu nanocząstek światła i złota. Takie podejście upraszcza proces i może obniżyć koszty dla przemysłu, otwierając jednocześnie drzwi dla czystszych źródeł energii, takich jak przekształcanie wody morskiej w paliwo wodorowe. Postęp ten ma dalekosiężne konsekwencje, począwszy od ograniczenia zanieczyszczenia środowiska po przekształcenie światowych rynków energii i stworzenie nowych możliwości zatrudnienia w zielonej gospodarce.

Nowy kontekst materiałów na bazie wodoru

W 2022 roku inżynierowie i naukowcy z Rice University opracowali innowacyjną metodę dla rafinerii petrochemicznych przekształcania gazowego siarkowodoru – problematycznego produktu ubocznego o nieprzyjemnym zapachu zgniłych jaj – w cenny gazowy wodór i siarkę. Postęp ten jest szczególnie istotny dla gałęzi przemysłu zajmujących się usuwaniem siarki z ropy naftowej, gazu ziemnego, węgla i innych produktów, gdzie istotnym problemem jest produkcja gazowego siarkowodoru. W procesie tym wykorzystuje się nanocząsteczki złota do katalizowania konwersji siarkowodoru w wodór i siarkę w jednym etapie, zasilanym wyłącznie światłem. Metoda ta stanowi odejście od tradycyjnych metod, takich jak proces Clausa, który jest bardziej złożony i wytwarza siarkę, ale nie wytwarza wodoru. 

Technologia, na której licencję uzyskał Syzygy Plasmonics, startup z siedzibą w Houston, zapewnia bardziej opłacalne rozwiązanie w zakresie rekultywacji siarkowodoru, mające potencjalne zastosowania poza obszarami przemysłowymi, w tym oczyszczanie gazów kanalizacyjnych i odpadów zwierzęcych. Z drugiej strony międzynarodowy zespół badawczy poczynił postępy w wytwarzaniu wodoru bezpośrednio z wody morskiej w drodze elektrolizy, co pozwala uniknąć konieczności stosowania wody o wysokiej czystości. Metoda ta mogłaby znacznie rozszerzyć źródła wody do produkcji wodoru, wykorzystując ziemskie oceany jako niemal nieskończone zasoby. 

Wprowadzając warstwę kwasu na katalizatory, naukowcom udało się zmniejszyć wyzwania związane z elektrolizą wody morskiej, takie jak obecność jonów chloru i tworzenie się nierozpuszczalnych substancji stałych. Takie podejście nie tylko pozwala zachować efektywność elektrolizy, ale także otwiera drzwi do stosowania różnych rodzajów wody, w tym wody z kranu i naturalnej wody słodkiej. W obliczu rosnącego zapotrzebowania na wodór, jak wskazuje Międzynarodowa Agencja Energetyczna, rozwój ten mógłby odegrać kluczową rolę w zaspokojeniu światowego zapotrzebowania na energię w oparciu o zrównoważone i obfite zasoby.

Zakłócający wpływ

Trend w kierunku wykorzystywania materiałów na bazie wodoru do celów energetycznych i rekultywacji odpadów stanowi znaczącą zmianę w sposobie, w jaki przemysł może radzić sobie z wyzwaniami środowiskowymi. W przypadku obywateli większa dostępność czystych źródeł energii może prowadzić do bardziej zrównoważonych wyborów w zakresie stylu życia, takich jak samochody napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi emitującymi wyłącznie wodę. Przyjmując te technologie, firmy mogłyby skorzystać na obniżonych kosztach operacyjnych i ulepszonych profilach odpowiedzialności korporacyjnej, potencjalnie przekształcając odpady uboczne w cenne zasoby. Co więcej, zmiana ta mogłaby pobudzić tworzenie miejsc pracy w nowych sektorach skupionych na rozwoju i utrzymaniu infrastruktury technologii wodorowej.

Dla rządów strategiczne inwestycje w badania i zwiększanie skali technologii produkcji wodoru mogą zapewnić krajowi pozycję lidera wschodzącej zielonej gospodarki. Ustanawiając ramy regulacyjne zachęcające do przyjmowania technologii wodorowych, rządy mogą znacznie zmniejszyć krajowe ślady węglowe i spełnić międzynarodowe zobowiązania klimatyczne. Ponadto przejście transportu publicznego i usług komunalnych na energię wodorową mogłoby służyć jako model przyjęcia czystej energii, zachęcając do udziału sektora prywatnego.

W skali globalnej przejście w stronę materiałów i technologii opartych na wodorze może potencjalnie zmienić geopolitykę energetyczną. Kraje posiadające obfite zasoby energii odnawialnej mogą stać się kluczowymi graczami w gospodarce wodorowej, zmniejszając zależność świata od krajów eksportujących paliwa kopalne. Co więcej, w miarę doskonalenia technologii produkcji wodoru z wody morskiej dostęp do czystej energii może stać się bardziej sprawiedliwy, potencjalnie zmieniając perspektywy gospodarcze krajów przybrzeżnych i wyspiarskich.

Implikacje nowych materiałów na bazie wodoru

Szersze implikacje nowych materiałów na bazie wodoru mogą obejmować: 

• Zwiększone inwestycje w projekty dotyczące energii odnawialnej, takie jak farmy słoneczne i wiatrowe, służące do zasilania elektrolizy do produkcji wodoru.
• Opracowanie nowych standardów i przepisów bezpieczeństwa w zakresie magazynowania, transportu i wykorzystania wodoru, zapewniających bezpieczeństwo publiczne i środowisko.
• Zmiana koncentracji przemysłu motoryzacyjnego na pojazdy z wodorowymi ogniwami paliwowymi, co prowadzi do spadku produkcji samochodów z silnikami benzynowymi i olejem napędowym.
• Stworzenie nowych miejsc pracy w sektorach produkcji, dystrybucji i technologii ogniw paliwowych, dywersyfikacja rynku pracy.
• Planowanie miejskie i regionalne obejmujące infrastrukturę wodorową, taką jak stacje tankowania i odnawialne źródła energii, promujące czystsze miasta.
• Transformacja sektora energetycznego z wykorzystaniem wodoru jako kluczowego gracza w zakresie zapotrzebowania sieci magazynowania i bilansowania, zwiększającego bezpieczeństwo energetyczne i niezależność.
• Rozwój światowych szlaków handlowych wodorem, z krajami bogatymi w zasoby odnawialne, eksportującymi do tych, którzy potrzebują czystej energii.
• Zmiany w zachowaniach konsumentów w kierunku bardziej zrównoważonych produktów i źródeł energii, napędzane zwiększoną świadomością i dostępnością rozwiązań napędzanych wodorem.

Pytania do rozważenia

• W jaki sposób przejście na paliwo wodorowe może zmienić Twoje codzienne nawyki w zakresie dojazdów do pracy i podróżowania?
• W jaki sposób osoby fizyczne i przedsiębiorstwa mogą przyczynić się do przyspieszenia wdrażania technologii wodorowej?