Rezervoarji za gorivo iz nanomaterialov bi sprožili vodikovo revolucijo

Vodik je obetavna oblika energije brez navzočnosti ogljika, vendar sta prevoz in skladiščenje tega izjemno lahkega naravnega elementa draga in energetsko potratna.

Zato kalifornijsko zagonsko podjetje, ki sta ga leta 2022 ustanovila dva vodilna kemika, eden je Nobelov nagrajenec, snuje novo vrsto rezervoarja iz nanomaterialov. Ta naj bi bil cenejši in varnejši od vseh, ki se trenutno uporabljajo, vanj pa bi lahko shranili tudi več vodika.

Kdo bi lahko bili kupci

Družba H2MOF s sedežem v Irvinu v Kaliforniji upa, da bo svoje rezervoarje za vodik naslednje generacije po letu 2024 začela prodajati proizvajalcem težkih vozil, ki nameravajo trgu ponuditi vozila z gorivnimi celicami brez emisij.

Zatrjuje, da bodo ti rezervoarji poleg učinkovitejšega shranjevanja goriva v vozilih zagotovili tudi boljši način prevoza goriva s tovornjaki ali vlaki, ko se bodo proizvajalci tovornjakov preusmerili na izdelavo brezogljičnih vozil na vodik.

Zraven ugledna znanstvenika

Namesto da bi vodik pod visokim tlakom ali utekočinjeni vodik prečrpavali v običajne rezervoarje, H2MOF snuje rezervoar, ki bo hranil energijsko bogato gorivo v trdnem stanju in ga absorbiral v posebej izdelane nanomateriale.

Ta pristop temelji na raziskavah dveh soustanoviteljev in znanstvenih svetovalcev podjetja, Omarja Yahgija, profesorja kemije na kalifornijski univerzi Berkeley, in sira Fraserja Stoddarta, dobitnika Nobelove nagrade za kemijo leta 2016.

“Na področju shranjevanja vodika še nismo dosegli preboja zaradi izjemno zahtevnih lastnosti vodikove molekule,” je za Forbes iz Dubaja sporočil direktor in soustanovitelj Samer Taha.

“Profesorja Stoaddart in Yaghi menita, da se moramo temeljito poglobiti v problem in z atomsko natančnostjo oblikovati povsem nove materiale, da bi prišli do prave rešitve, saj tradicionalne tehnike ne bodo delovale.”

Materiali s kovinsko-organskim ogrodjem

Podjetje H2MOF upa, da bo prvo, ki bo za shranjevanje vodika tržno uspešno uporabilo materiale s kovinsko-organskim ogrodjem (MOF), vendar ni edino, ki si prizadeva za razvoj te tehnologije.

Kot poroča revija Science, so znanstveniki iz nacionalnega laboratorija Lawrence Berkeley nedavno objavili raziskavo o materialu MOF na osnovi aluminija, ki so ga ustvarili za shranjevanje vodika. (MOF je tudi navdih za ime zagonskega podjetja, ki se navezuje na omenjeno kratico in vodik.)

“Predstavljajte si ga kot novo kombinacijo organskih materialov z nekaterimi kovinskimi atomi,” je dejal Taha. “Gre za kristalno strukturo na nanoravni – na izjemno majhni ravni.”

Kaj je jedro nove rešitve

H2MOF preizkuša prototipe, narejene iz kristalom podobnih materialov, ki so zasnovani tako, da pritegujejo in zadržujejo atome vodika kot goba, ki vpija vodo. V nasprotju z rezervoarji, ovitimi z ogljikovimi vlakni, ki jih uporabljajo v Toyotini limuzini na gorivne celice Mirai in ki zadržujejo vodik pri tlaku 698 barov – to je pritisk, ki ga dosežejo čeljusti za reševanje pri rezanju avtomobilskih vrat – namerava H2MOF v svojem rezervoarju zagotoviti tlak manj kot 21 barov.

OKVIR:

Shranjevanje večje količine goriva pri nižjem tlaku pomeni veliko nižje stroške. Taha ocenjuje, da bi s prehodom z visokotlačnih rezervoarjev na njihovo tehnologijo lahko na primer pri stroških energije za obratovanje tranzitnega avtobusa na gorivne celice prihranili 12.000 dolarjev (okoli 10.800 evrov) na leto.

V primeru avtomobila, kot je Toyotin, pa bi lahko tehnologija H2MOF potencialno podvojila njegov 350-kilometrski doseg z enim polnjenjem, saj bi ga napolnila z več vodika, ne da bi povečala njegovo težo.

Omejen potencial vodika brez novih vrst rezervoarjev

Vodik se veliko uporablja pri rafiniranju nafte, proizvodnji gnojil in v kemični industriji, vendar ga večinoma pridobivajo s pomočjo pare, s katero ta element izločijo iz zemeljskega plina, pri čemer se sprošča ogljikov dioksid.

Proizvodnja vodika brez sproščanja CO2, z elektrolizatorji, kot so tisti, ki jih ponujata podjetji Plug Power in Accelera (v lasti družbe Cummins), postaja cenovno vse bolj dostopna, druga zagonska podjetja pa načrtujejo pridobivanje vodika iz morja (Equatic) ali celo z vrtanjem vrtin (Koloma).

A če zagonska podjetja, kot sta H2MOF in Verne, ki se tudi ukvarja z novimi vrstami rezervoarjev, ne bodo našla boljših načinov za prevoz vodika ali njegovo uporabo v vozilih, bo njegov potencial za nadomestitev fosilnih goriv, ki segrevajo podnebje, omejen.

Shranjevanje in prevoz vodika sta vsekakor ozko grlo. Če prispevamo k rešitvi vprašanja shranjevanja in transporta, bi bil vodik široko sprejet kot uporabno gorivo.

Samer Taha, H2MOF

Trenutno vodik črpajo po cevovodih v Teksasu in Kaliforniji, vendar morajo biti ti izdelani iz materialov, ki so odporni proti krhkosti in razpokam, ki jih povzroča “spolzek” vodik. Utekočinjanje vodika je lažji način prevoza goriva, vendar je še bolj energetsko potratno kot njegovo skladiščenje pod visokim tlakom.

“Ne bomo mogli ves čas, povsod in na vseh razdaljah graditi cevovodov, zato industrija trenutno razmišlja o velikih tovornjakih z velikanskimi cisternami, ki bi bili zelo dragi, poleg tega pa bi porabili veliko energije za utekočinjanje ali stiskanje vodika,” pravi Taha.

“Ko enkrat začnete uporabljati vodik v industrijskem obsegu in spoznate, da bo šlo v nič 30 odstotkov energije, se bo ta posel ustavil.”

Bidnova finančna injekcija vodiku

Administracija predsednika Joeja Bidna je zagotovila denar in podporo čistemu vodiku brez primere do zdaj in prejšnji mesec napovedala sedem milijard dolarjev (6,3 milijarde evrov) za mrežo vozlišč po ZDA, da bi povečali njegovo proizvodnjo in uporabo.

Administracija predsednika je napovedala sedem milijard dolarjev za večjo proizvodnjo in uporabo vodika.

Ministrstvo za finance naj bi objavilo tudi smernice za velikodušno novo davčno olajšavo za proizvodnjo vodika v vrednosti do tri dolarje na kilogram vodika, proizvedenega brez ustvarjanja CO2 ali v postopkih z zajetim ogljikom.

Družba H2MOF še ni zaprosila za nepovratna sredstva ameriške vlade za svoje raziskave, povezane z vodikom. Je hčerinska družba podjetja tveganega kapitala Revonence Technologies International, v katerem je Taha tudi izvršni predsednik.

Revonence podpirajo zasebni viri iz Dubaja in je v raziskave podjetja H2MOF po besedah Tahe vložil “dvomestno število” milijonov dolarjev. Taha, ki je doktoriral iz elektrotehnike, vodi tudi podjetje Atoco, še eno hčerinsko podjetje družbe Revonence, ki ustvarja nanomateriale za absorpcijo CO2 iz zunanjega zraka in industrijskih emisij.

“Shranjevanje in prevoz vodika sta vsekakor ozko grlo,” poudarja. “Če lahko prispevamo k rešitvi vprašanja shranjevanja in transporta, bi to sprožilo pravo povpraševanje in zagotovilo dejansko sprejetje vodika kot široko uporabnega goriva.”

Avtor članka je Alan Ohnsman.