Mamy wodór i co dalej?
Wodór jestem jednym z dwóch gazowych produktów powstających w procesie hydrolizy wody. Energia elektryczna przerywa stosunkowo silne wiązania między atomami tlenu i wodoru w cząsteczce wody, przekształcając oba pierwiastki w stan gazowy. Nadwyżki energii elektrycznej pochodzącej z OZE to pierwszy etap procesu „zamknięcia energii w cząsteczce wodoru”.
Okres zapotrzebowania na prąd w ciągu roku czy nawet doby jest zmienny i dlatego zmagazynowanie energii jest konieczne dla wytworzenia buforu i zapewnienia stabilizacji energetycznej sieci w danym kraju. W procesie hydrolizy katalizatorem reakcji na anodzie (na której wydziela się nasz produkt – wodór) jest droga i nierozpowszechniona w przyrodzie platyna. Również tutaj naukowcy znajdują zastosowanie dla grafenu. Katalizator oparty na tym materiale wywodzi się z Teksasu. Osiąga on nie tylko wysoką sprawność, ale również jest materiałem tanim w stosunku do platyny. Sygnowany Co-NG kompleks to kobalt rozproszony na matrycy grafenowej przy udziale gazowego amoniaku1[4]. Oczywistym celem jest obniżenie kosztu hydrolizy, a co za tym idzie – obniżenie ceny tak pozyskiwanego wodoru.
Mówiąc o elektrolizie, nie można zapomnieć o metodzie PEM (Polymer electrolyte membrane) stanowiącej alternatywę dla mało efektywnej, lecz tańszej metody (Alkaline water electrolysis). Jedyną, lecz decydującą wadą PEM jest jej wysoki koszt. Spekulując, można próbować obniżyć koszty tejże metody poprzez zastąpienie platyny grafenem w roli katalizatora.
Ogniwa paliwowe w roli głównej
Ogniwa paliwowe znane są na całym świecie. Ich możliwości prądotwórcze plasują je rangę wyżej od tradycyjnych ogniw galwanicznych. W jaki sposób wykorzystać grafen i w tym aspekcie? A mianowicie pozwoli on na obniżenie kosztów produkcji oraz poprawi trwałość i jakość samych ogniw. Dzięki przeprowadzonym badaniom w roku 2012 w Stanach Zjednoczonych została pozytywnie rozpatrzona idea zastosowań katalizatora grafenowego w ogniwach paliwowych2[5]. Problem badawczy zrodził się z tej samej potrzeby co w przypadku elektrolizy wody. Stosowany dotychczas katalizator-platyna próbuje zostać zastąpiona materiałem tańszym, ale równie efektywnym. Idealnie sprawdza się w tej roli grafen. Na szczególną uwagę zasługują badania z roku 2013, w której zostały wykorzystane
tzw. „nanopłatki grafenowe3[6] w połączeniu z jednym z pierwiastków 17. grupy – fluorowców. Najtrwalszym połączeniem okazała się synteza z jodem, która pozwoliła wygenerować aż o 33% więcej energii elektrycznej niż uzyskiwane na ogniwach katalizowanych platyną4[20]. Szereg przeprowadzanych do dzisiaj badań nad zastosowaniem grafenu, nanomateriałów węglowych w procesach prądotwórczych napawa optymizmem.
Więcej przeczytasz w numerze 3/2016 magazynu Energetyka Cieplna i Zawodowa
