Bude možné vodík vyrábět působením slunce na nanomateriály?

Zdroj: blueforce4116, Flickr, CC BY-NC-ND 2.0

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.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *