Η μετάβαση σε μια οικονομία μηδενικών εκπομπών συχνά σκοντάφτει στο ίδιο της το κόστος. Η παραγωγή καθαρού υδρογόνου, αν και θεωρείται θεμέλιο της πράσινης ενέργειας, παραμένει δαπανηρή και ενεργοβόρα. Μια ομάδα επιστημόνων από τη Νότια Κορέα φαίνεται πως βρήκε έναν έξυπνο τρόπο να αλλάξει τους κανόνες του παιχνιδιού, συνδυάζοντας ανακύκλωση, αποδοτικότητα και τεχνολογική καινοτομία σε ένα εντυπωσιακό επίτευγμα.
Η ομάδα του Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) παρουσίασε μια νέα μέθοδο παραγωγής 100% καθαρού υδρογόνου από αμμωνία, σε θερμοκρασίες που αγγίζουν μόλις τους 50 °C. Αυτό από μόνο του αποτελεί τεράστιο άλμα, καθώς οι παραδοσιακές διεργασίες απαιτούν θερμότητες μεταξύ 400 και 600 °C, με αντίστοιχα υψηλό ενεργειακό κόστος και ανάγκη για περίπλοκες διαδικασίες καθαρισμού.
Το μυστικό βρίσκεται στη χρήση ενός μηχανικού καταλύτη από πυρίτιο (silicon), το οποίο προέρχεται από παλιά φωτοβολταϊκά πάνελ που έχουν τεθεί εκτός λειτουργίας. Η ιδέα συνδυάζει δύο μεγάλες προκλήσεις της εποχής μας: τη φθηνή παραγωγή υδρογόνου και την ανακύκλωση των ηλιακών συστημάτων, των οποίων τα απόβλητα αναμένεται να ξεπεράσουν τους 80 εκατομμύρια τόνους μέχρι το 2050.
Η διαδικασία που ανέπτυξαν οι ερευνητές βασίζεται σε μια τεχνική γνωστή ως “ball milling”. Πρόκειται για ένα μηχανικό σύστημα όπου η αμμωνία τοποθετείται σε ένα σφραγισμένο δοχείο μαζί με σκόνη πυριτίου και μικρές κεραμικές ή μεταλλικές σφαίρες. Με την έντονη ανάδευση, οι συγκρούσεις και η τριβή ενεργοποιούν τα σωματίδια πυριτίου, προκαλώντας τη διάσπαση της αμμωνίας και την απελευθέρωση υδρογόνου.
Το εντυπωσιακό είναι ότι όλα αυτά συμβαίνουν σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Ο μηχανικός καταλύτης επιτρέπει την αντίδραση χωρίς να απαιτείται εξωτερική θερμότητα, μειώνοντας δραστικά την κατανάλωση ενέργειας.
Ένα ακόμη πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι το υδρογόνο που παράγεται είναι ήδη καθαρό. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, το άζωτο, το άλλο προϊόν της διάσπασης της αμμωνίας, αντιδρά αμέσως με το πυρίτιο σχηματίζοντας πυριτικό νιτρίδιο (silicon nitride, Si3N4), μια στερεή ένωση που παραμένει στο δοχείο και δεν μολύνει το αέριο.
Αυτό σημαίνει ότι δεν απαιτούνται επιπλέον στάδια διαχωρισμού ή καθαρισμού, μειώνοντας περαιτέρω το κόστος και την πολυπλοκότητα της παραγωγής. Η ομάδα του UNIST κατέγραψε ρυθμό παραγωγής 102,5 mmol υδρογόνου ανά ώρα με καθαρότητα 100%.
Ίσως το πιο συναρπαστικό στοιχείο της ανακάλυψης είναι ότι ο καταλύτης δεν χρειάζεται να προέρχεται από «φρέσκο» πυρίτιο. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι η ίδια διαδικασία λειτουργεί εξίσου αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας πυρίτιο που έχει ανακτηθεί από παλιά φωτοβολταϊκά πάνελ, μια λύση που προσφέρει διπλό περιβαλλοντικό όφελος.
Αντί τα απόβλητα της ηλιακής βιομηχανίας να συσσωρεύονται, μπορούν να μετατραπούν σε πόρο για την παραγωγή πράσινου καυσίμου. Πρόκειται για μια κυκλική προσέγγιση που συνδυάζει την ενεργειακή μετάβαση με τη βιωσιμότητα.
Το πυριτικό νιτρίδιο που σχηματίζεται κατά τη διαδικασία δεν είναι απλώς ένα αδρανές κατάλοιπο. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι μπορεί να αξιοποιηθεί ως υλικό στις ανόδους μπαταριών ιόντων λιθίου, βελτιώνοντας τη διάρκεια ζωής και την αποδοτικότητά τους.
Σε δοκιμές, οι κυψέλες που περιείχαν το παραγόμενο Si3N4 διατήρησαν πάνω από το 80% της αρχικής τους χωρητικότητας ακόμη και μετά από 1.000 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, επιτυγχάνοντας χωρητικότητα 391,5 mAh/g και ενεργειακή απόδοση 99,9%.
Με άλλα λόγια, η ίδια διαδικασία που παράγει καθαρό υδρογόνο μπορεί να τροφοδοτεί και την επόμενη γενιά επαναφορτιζόμενων μπαταριών, ένα διπλό τεχνολογικό κέρδος με ελάχιστο περιβαλλοντικό αποτύπωμα.
Αν η μέθοδος αποδειχθεί βιώσιμη σε βιομηχανική κλίμακα, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε το «πράσινο» υδρογόνο, όχι πια ως μια δαπανηρή υπόσχεση, αλλά ως πρακτική λύση που ενώνει την τεχνολογία της ανακύκλωσης με την καθαρή ενέργεια.
[source]
