Jest pomysł na pozyskanie wodoru z wody za pomocą promieniowania mikrofalowego

• Innowacyjna metoda produkcji wodoru wykorzystuje promieniowanie mikrofalowe do napędzania cykli redoks, obniżając temperaturę operacyjną.
• Technologia bezkontaktowej elektryfikacji procesu redoks przy użyciu mikrofal zwiększa efektywność energetyczną i upraszcza proces uzyskiwania wodoru.
• Nowe badania nad materiałami cerowymi optymalizują ich właściwości w reakcji na mikrofale, co poprawia wydajność produkcji wodoru i umożliwia szybką kontrolę procesu.

Innowacyjny pomysł na produkcję wodoru

Zespół badaczy z Instytutu Technologii Chemicznej (ITQ), wspólnego centrum badawczego Politechniki w Walencji (UPV) i Wyższej Rady Badań Naukowych (CSIC) oraz Instytutu Technologii Informacyjnych i Komunikacyjnych UPV (ITACA) opracował projekt materiałów, które mogą usprawnić proces pozyskiwania wodoru z wody przy pomocy promieniowania mikrofalowego.

Elektroliza parowa i cykle termochemiczne zasilane energią słoneczną z wykorzystaniem redukowalnych tlenków stałych to obiecujące technologie produkcji wodoru. Napotykają one jednak problemy ze względu na wysokie temperatury pracy. Napędzana mikrofalami pętla chemiczna redoks umożliwia bezpośrednią, bezdotykową elektryfikację procesu, przy jednoczesnym obniżeniu temperatury i złożoności pracy.

Naukowcy wykazali w poprzednich pracach, że mikrofale mogą skutecznie napędzać cykle redukcji czy rozszczepiania wody przy użyciu dwutlenku ceru z domieszką gadolinu. Może odbywać się to w niskich temperaturach, poniżej 250°C, ale właściwości materiału wymagają dostrojenia. W swojej nowej pracy badają kluczowe właściwości materiałów, które wpływają na mechanizm redoks. Dokonują tego poprzez badanie przesiewowe serii domieszkowanych materiałów cerowych w celu zwiększenia produkcji wodoru mikrofalowego.

Na czym polega ta technologia?

Badania koncentrują się na poprawie produkcji zielonego wodoru poprzez cykle redoks, w których materiał pobiera i uwalnia tlen z wody i stabilnie oddziela go od wodoru. Opracowany proces pozwala na uzyskanie zielonego wodoru z odnawialnej energii elektrycznej dzięki zaprojektowaniu i zastosowaniu materiałów, które mają te właściwości redoks i reagują na promieniowanie mikrofalowe. Podstawą cyklu chemicznego redoks jest przenoszenie elektronów między atomami różnych pierwiastków w obecności indukowanego pola elektromagnetycznego, co pozwala na elektryfikację procesu.

Mikrofale zapewniają wyjątkowe korzyści w elektryfikacji procesu redoks, takie jak dostarczanie energii elektrycznej w sposób bezkontaktowy i ogromny spadek temperatury cyklu (z 1300°C do 400°C). Prowadzi to do uproszczenia procesu uzyskiwania wodoru i maksymalizuje efektywność energetyczną.

“Główną nowością w tej pracy jest wyczerpujące badanie właściwości materiałów, które decydują o wydajności procesu”, wyjaśniają naukowcy w artykule “Enhenced Hydrogen Production in Microwave-Driven Water-Splitting Redox Cycles by Engineering Ceria Properties”. Artykuł został niedawno opublikowany w czasopiśmie Advanced EnergyMaterial.

Pomysły na dalsze ulepszenie technologii

Podstawy projektowania materiałów zostały stworzone w celu dostosowania produkcji tlenu i wodoru oraz dostosowania stanu energetycznego materiału w zależności od pożądanego zastosowania. Ponadto wykazano, że możliwe jest pozyskiwanie tlenu w bardzo szybkim i wysoce kontrolowanym procesie impulsowym.

“Konstrukcja wnęk lub komór, w których stosujemy mikrofale, a także kontrola procesu promieniowania na tych materiałach, jest niezbędna, aby wykorzystać unikalne zalety, jakie oferuje technologia mikrofalowa. W ostatnich latach technologia ta została skonsolidowana w wielu zastosowaniach przemysłowych ze względu na jej szybką skalowalność i wysoką efektywność energetyczną” - wyjaśnia dyrektor ITACA José Manuel Catalá.

W trakcie badań przeprowadzono szczegółowe badania wpływu na produkcję wodoru różnych domieszek wprowadzanych do materiału matrycy (tlenku ceru) w celu dostosowania oddziaływania z promieniowaniem mikrofalowym oraz właściwości powstałego materiału pod napięciem. Następnie zbadano zdolność do produkcji wodoru przez ten materiał oraz mechanizm rządzący tym procesem, co ułatwi projektowanie materiałów w przyszłości.

Źródło: pv-magazine.com