A kép csak illusztráció (Forrás: Pixabay)
Egy Cornell Egyetem által vezetett kutatócsoport áttörő technológiát fejlesztett ki: egy alacsony költségű megoldást, amely természetes napfény segítségével tengervízből állít elő szén-dioxid-mentes „zöld” hidrogént.
A folyamat mellékterméke ráadásul tiszta, iható víz, írja a CORNELL CHRONICLE.
A kutatók által kifejlesztett eszköz neve: hibrid napenergiás desztillációs-vízbontó berendezés (HSD-WE), amely óránként 200 milliliter hidrogént képes előállítani 12,6%-os energiahatékonysággal, közvetlenül tengervízből, természetes napfény alatt – számolt be róla április 9-én a Energy and Environmental Science szaklap. A szakemberek becslése szerint a technológia 15 éven belül kilogrammonként 1 dollárra csökkentheti a zöld hidrogén előállítási költségét, ami kulcsfontosságú lépés a 2050-es nettó zéró kibocsátási cél eléréséhez.
„A víz és az energia egyaránt nélkülözhetetlen a mindennapi élethez, de általában ha több energiát akarunk, több vizet kell felhasználni hozzá” – mondta Lenan Zhang, a Cornell Gépész- és Űrmérnöki Karának adjunktusa, a projekt vezetője. „Ugyanakkor ivóvízre is szükség van, mivel a világ lakosságának kétharmada vízhiánnyal küzd. Ez egy szűk keresztmetszet a zöld hidrogén előállításában – és ez a költségekben is megmutatkozik.”
A zöld hidrogént általában nagy tisztaságú – azaz sótalanított – vízből állítják elő elektrolízissel. Az ehhez szükséges tiszta víz mennyisége miatt a gyártás rendkívül költséges: akár tízszer drágább lehet, mint a hagyományos hidrogén.
„Ezért találtuk ki ezt a technológiát” – magyarázta Zhang. „Arra gondoltunk: mi a két legbőségesebb erőforrás a Földön? A napfény és a tengervíz – gyakorlatilag végtelen és ingyenes.”
Zhang még a Massachusettsi Műszaki Egyetemen kezdett el dolgozni azon, hogyan lehetne napenergia segítségével tengervizet iható vízzé alakítani hőalapú sótalanítással – ezt az eljárást a Time magazin 2023 egyik legjobb találmányaként említette. Amikor 2024-ben átköltözött a Cornellre, már a National Science Foundation támogatásával kezdhette meg a technológia továbbfejlesztését zöld hidrogén előállítására.
Az MIT, a Johns Hopkins Egyetem és a Michigan State Egyetem kutatóival együttműködve Zhang csapata kifejlesztett egy 10x10 centiméteres prototípust, amely képes a hagyományos napelemek egyik gyengeségét – az alacsony hatékonyságot – erősséggé alakítani. Míg a legtöbb fotovoltaikus cella a napenergia csupán 30%-át tudja elektromos árammá alakítani, a többi hőként elvész – a Cornell prototípus viszont képes ezt a „hulladékhőt” is felhasználni a tengervíz melegítésére.
„A rövid hullámhosszú fény elektromos áramot generál a napelemben, a hosszabb hullámhosszú fény pedig hőenergiát biztosít a desztillációhoz” – magyarázta Zhang. „Így a napenergiát teljes egészében ki tudjuk használni, semmi sem megy kárba.”
A rendszer kulcseleme egy kapilláris kanóc, amely vékony vízréteget tart a napelem felületén – ennek csak ezt a vékony réteget kell felmelegíteni, nem pedig nagyobb vízmennyiséget, ami jelentősen, több mint 90%-ra növeli a párologtatási hatékonyságot. A víz párolgása után a só visszamarad, a tisztított vízgőz pedig lecsapódik, és keresztülhalad egy elektrolizáló egységen, amely a vízmolekulákat hidrogénre és oxigénre bontja.
„Ez egy rendkívül összetett, integrált technológia – a sótalanítás és az elektrolízis, az elektrolízis és a napelem, valamint ezek mindegyike közti energiaátalakulás bonyolult összefonódása miatt” – mondta Zhang. „Most először sikerült elérni, hogy elegendő tiszta vizet állítsunk elő a hidrogéntermeléshez – sőt, még ivóvizet is nyerünk melléktermékként. Két legyet ütöttünk egy csapásra.”
10 helyett 1 dollár
Zhang szerint a zöld hidrogén jelenlegi előállítási költsége körülbelül 10 dollár kilogrammonként, de a napfény és a tengervíz bősége miatt az ő rendszerük akár 1 dollárra is csökkentheti ezt 15 éven belül. Emellett az eszköz hűtőként is szolgálhat a napelemparkokban, így növelve azok hatékonyságát és élettartamát.
„El akarjuk kerülni a szén-dioxid-kibocsátást és a szennyezést. De közben a költségek is fontosak: minél olcsóbb a megoldás, annál nagyobb az esélye a széles körű bevezetésnek” – hangsúlyozta Zhang. „Úgy gondoljuk, óriási potenciál van ebben a technológiában.”
A tanulmány első szerzője Xuanjie Wang, a Lehigh Egyetem kutatója. További szerzők: Yipu Wang doktorandusz, Jintong Gao posztdoktori kutató, Yayuan Liu a Johns Hopkins Egyetemről és Xinyue Liu a Michigan State Egyetemről. A kutatást az amerikai National Science Foundation támogatta.
Kapcsolódó anyagok:
A hidrogén versenyre kelhet a földgázzal 2030-ra, de van egy bökkenő
Az indiai zöld hidrogén ára kezd csökkenni, állítja a Hygenco
Szaúd-Arábia elkezdte, több milliárdos zöld hidrogénprojektet tervez
A nyitókép csak illusztráció, forrás: Image by Ineke Huizing from Pixabay
TOP 5
