Polscy naukowcy tworzą przełomowy elektrolizer wodoru – innowacyjny ZUT-olizer

Naukowcy z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego (ZUT) w Szczecinie dokonali przełomu w technologii produkcji wodoru, opracowując innowacyjny elektrolizer nazwany „ZUT-olizerem”. Urządzenie to wykorzystuje odpady chemiczne jako elektrokatalizatory, co stanowi ekologiczne i ekonomiczne rozwiązanie w porównaniu z tradycyjnymi metodami opartymi na drogich i rzadkich metalach szlachetnych.

Przełomowe podejście do elektrolizy wody

Tradycyjne elektrolizery wykorzystują jako katalizatory metale szlachetne, takie jak platyna, iryd czy ruten, które są nie tylko kosztowne, ale także mają ograniczoną dostępność. Zespół badaczy z ZUT, pod kierownictwem prof. dr hab. inż. Ewy Mijowskiej z Wydziału Technologii i Inżynierii Chemicznej, postanowił poszukać alternatywnych materiałów, analizując odpady przemysłowe wytwarzane przez fabryki chemiczne.

Po odpowiedniej obróbce, funkcjonalizacji i modyfikacji odkryto, że odpady oparte na żelazie mogą pełnić rolę wydajnych elektrokatalizatorów w procesie elektrolizy wody. Dzięki temu rozwiązaniu produkcja wodoru staje się znacznie tańsza i bardziej dostępna.

„Kolokwialnie mówiąc, podjęliśmy misję przeszukiwania śmieci, wytwarzanych przez różne fabryki chemiczne, w celu poszukiwania równie wydajnych albo wydajniejszych materiałów, które będą generowały wodór” – wyjaśnia prof. Mijowska.

Współpraca interdyscyplinarna kluczem do sukcesu

Sukces ZUT-olizera to wynik współpracy specjalistów z różnych dziedzin. Zespół prof. Mijowskiej połączył siły z ekspertami z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki, kierowanymi przez prof. dr hab. inż. Piotra Pawełko. Dzięki temu możliwe było przejście od skali mikroelektrolizera do prototypu w wersji laboratoryjnej, a w przyszłości do pełnowymiarowego urządzenia komercyjnego.

„Stworzyliśmy techniczne wsparcie do przejścia ze skali mikroelektrolizera do prototypu w wersji laboratoryjnej. Możemy z niego zrobić elektrolizer w pełni do zastosowań komercyjnych” – podkreśla prof. Pawełko.

Zaawansowane technologie optymalizacji

Prace nad ZUT-olizerem obejmowały nie tylko wybór odpowiednich materiałów katalitycznych, ale także optymalizację konstrukcji urządzenia. Zastosowano zaawansowane metody, takie jak komputerowa analiza mechaniki płynów, aby zoptymalizować przepływ przez elektrolizer.

Dodatkowo, wykorzystano technologię laserową do modyfikacji membrany PEM (Proton Exchange Membrane), co pozwoliło na skuteczniejsze przyleganie katalizatora do powierzchni. Proces ten poprawia wydajność urządzenia i zmniejsza jego podatność na degradację.

„Dużym wyzwaniem technicznym było nałożenie na tzw. membranę PEM katalizatora z siarczanu żelaza. Okazało się, że trudno go 'przykleić’ do płytki z tworzywa sztucznego. Ale gdy zadziała się na niego laserem, robi się on bardziej szorstki, chętny do reakcji. Ciśnieniem 200 bar, gazem, azotem, wciśniemy go w membranę” – opisuje proces prof. Pawełko.

Potencjalne zastosowania i przewaga technologiczna

ZUT-olizer osiągnął wydajność porównywalną z komercyjnymi elektrolizerami, co otwiera drogę do jego szerokiego zastosowania w przemyśle. Może znaleźć zastosowanie m.in w produkcji ekologicznego wodoru dla sektora energetycznego, czy chociażby, w transporcie wodorowym,.

Urządzenie wytwarza 0,6 litra wodoru na minutę przy zasilaniu z sieci o mocy do 3 kW. Można je także dostosować do odnawialnych źródeł energii, takich jak fotowoltaika czy turbiny wiatrowe, co czyni je wszechstronnym narzędziem w dążeniu do zrównoważonej produkcji energii.

Ekologiczne i ekonomiczne korzyści

Wykorzystanie odpadów chemicznych jako elektrokatalizatorów nie tylko obniża koszty produkcji wodoru, ale także przyczynia się do redukcji odpadów przemysłowych, wpisując się w ideę gospodarki o obiegu zamkniętym.

ZUT-olizer stanowi przykład innowacji, która łączy korzyści ekonomiczne z dbałością o środowisko naturalne. To rozwiązanie może znacząco przyczynić się do ograniczenia emisji dwutlenku węgla oraz poprawy efektywności energetycznej w sektorze przemysłowym.

Perspektywy rozwoju i komercjalizacja

Obecnie ZUT-olizer jest gotowy do prac wdrożeniowych, a naukowcy z ZUT planują dalsze prace nad jego komercjalizacją. Istnieje duże zainteresowanie ze strony przedsiębiorstw zajmujących się produkcją wodoru oraz odnawialnymi źródłami energii.

„Nam tylko kilka lat zabrało, żeby dzisiaj być tu, gdzie jesteśmy” – podsumowuje prof. Mijowska.

Naukowcy mają nadzieję, że ich wynalazek wkrótce znajdzie zastosowanie na szeroką skalę i stanie się kluczowym elementem transformacji energetycznej w Polsce i na świecie. Jeśli komercjalizacja przebiegnie pomyślnie, ZUT-olizer może odegrać znaczącą rolę w budowie przyszłości neutralnej klimatycznie.

Źródła: naukawpolsce.pl