Ve Francii probíhá slibný výzkum výroby ekologického vodíku. Metoda je známá: rozklad vody elektrickým proudem, tedy elektrolýza. Nové jsou nyní elektrody vyrobené z nanomateriálů.
Badatelé z kanadského Národního ústavu pro
vědecký výzkum (INRS) v Quebecu
a Ústavu chemie a procesů pro energetiku, životní prostředí a
zdravotnictví (ICPEES) ve Štrasburku se pokoušejí zásadně
vylepšit výrobu vodíku elektrolýzou využitím elektrod z
nanomateriálů.
Vodík
se běžně vyrábí štěpením molekul vody na vodík a kyslík
pomocí elektrického proudu, tedy elektrolýzou. Průmyslové
elektrolyzéry však mají vysokou spotřebu elektrické energie a
zároveň jsou i poměrně drahé, tedy náročné na investice.
Vědci z INRS a ICPEES se zaměřili na to, jak elektrolýzu
zefektivnit a celý proces zekologizovat. Energie pro výrobu vodíku
pochází vždy z nějakého zdroje, který nutně má své
dopady na životní prostředí a klima. Badatelé se nechali
inspirovat velmi rozšířeným přírodním jevem: fotosyntézou.
Vyvinuli speciální elektrody, které štěpí vodní molekuly
pomocí slunečního světla. Tento proces má i svůj název:
fotokatalýza.
Za účelem maximálního využití sluneční energie zvolili výzkumníci poměrně běžně dostupnou a chemicky stabilní látku: oxid titaničitý (TiO2). Je to polovodič, který je citlivý na ultrafialové světlo, jež tvoří pouze 5 % intenzity slunečního záření. Proto vědci změnili atomovou strukturu oxidu titaničitého tak, aby byl citlivý i na další vlnové délky viditelného světla. Nové elektrody nyní dokážou pohltit až 50 % slunečního světla.
Vyzkouší se oxid kobaltnatý
Dalším krokem bylo vytvoření nanostruktury elektrod z oxidu titaničitého. Ty vytvářejí síť nanotrubic připomínající včelí plástev. Účelem tohoto uspořádání je vytvořit co největší povrch elektrod. „Nanostruktura maximalizuje poměr mezi povrchem a objemem materiálu. Z oxidu titaničitého je například možné vytvořit strukturu, která má povrch s plochou až 50 m2 na jeden gram. A to už je plocha běžného bytu 2+kk!“ uvádí profesor My Ali El Khakani z INRS.
Posledním
krokem při vytváření elektrod byla jejich „nanoozdoba“.
„Zdobení“ se provádí pokládáním katalytických nanočástic
na síť trubic z TiO2
pomocí laseru. Tyto částice zvyšují účinnost výroby vodíku.
Bylo třeba vyřešit nejen to, jak kontrolovat velikost, rozložení
a ukotvení katalytických nanočástic na trubice z TiO2,
ale také najít alternativy k drahému iridiu a platině, které
se obvykle jako katalyzátory využívají.
A podařilo se: jako katalyzátor pro štěpení molekul vody slouží oxid kobaltnatý (CoO), surovina, která je v kanadské provincii Quebec poměrně dostupná. Pokusy se prokázalo, že ve srovnání se samotnými nanotrubicemi tyto nanesené nanočástice CoO zdesetinásobují efektivnost fotokatalýzy pomocí viditelného světla.
Autor: Petr Bílek
