Wodór z powietrza – nowy projekt badawczy Toyoty

Toyota pracuje nad nowym urządzeniem, które w kontakcie z powietrzem, pod wpływem światła słonecznego produkuje wodór – bez żadnych kosztów. 

Wspólny projekt badawczy Toyoty i DIFFER o nazwie LIFT (Launchpad for Innovative Future Technology) otrzymał grant z publiczno-prywatnego funduszu NWO ENW PPS2. Celem projektu jest opracowanie urządzenia, które będzie absorbować parę wodną i wyodrębniać z niej wodór oraz tlen przy użyciu energii słonecznej.

Podstawowe cele – prosta i tania produkcja wodoru

Naukowcy z DIFFER i Toyoty poszukują innowacyjnych metod bezpośredniej produkcji wodoru z wilgotnego powietrza. Głównym celem tych badań jest ograniczenie zależności od paliw kopalnych oraz obniżenie emisji gazów cieplarnianych. Wodór to ekologiczne paliwo do różnego rodzaju pojazdów, które można traktować jako wygodny magazyn energii odnawialnej. Wodór w reakcji z tlenem w ogniwach paliwowych uwalnia energię elektryczną, a jedynym produktem ubocznym tego procesu jest para wodna.

Studium wykonalności

W ubiegłym roku DIFFER i Toyota Motor Europe przeprowadziły stadium wykonalności, które udowodniło, że pomysł ma szansę się udać. Badacze opracowali nowatorskie ogniwo fotoelektrochemiczne w stanie stałym, które wychwytuje wilgoć z powietrza i pod wpływem światła słonecznego produkuje wodór. Pierwszy prototyp osiągnął imponującą, 70-procentową efektywność w stosunku do porównywalnego urządzenia produkującego wodór z wody w stanie ciekłym. System składa się z siatki z elektrolitu polimerowego, porowatych fotoelektrod i materiałów absorbujących wilgoć, połączonych w specjalnie opracowanych urządzeniach ze zintegrowaną siatką.

Kolejny etap – wydajność i skalowalność

Następnym etapem projektu będzie udoskonalenie urządzenia. „W naszym pierwszym prototypie zastosowaliśmy fotoelektrody, które są bardzo stabilne. Jednak użyty w nich materiał pochłania tylko promieniowanie UV, które stanowi mniej niż 5% całego promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi” – mówi dr Mihalis Tsampas. – „Następnym krokiem będą eksperymenty z użyciem najbardziej zaawansowanych materiałów, aby zoptymalizować architekturę systemu pod względem ilości pochłanianej pary wodnej oraz promieniowania słonecznego”.

Kiedy uda się rozwiązać te zagadnienia, zespół skoncentruje się na kwestii skalowania nowej technologii. Obecnie ogniwa fotolektrochemiczne produkujące wodór są bardzo małe – o wielkości około centymetra kwadratowego. Aby rozwiązanie to stało się opłacalne, ogniwa muszą osiągnąć rozmiary większe przynajmniej o dwa czy trzy rzędy wielkości.

Przed nami jeszcze wiele pracy, ale mamy nadzieję, że w przyszłości tego rodzaju systemy będą używane w prywatnych gospodarstwach do zasilania domu i tankowania samochodu” – dodaje dr Mihalis Tsampas.

Toyota pionierem technologii wodorowych

Toyota rozpoczęła prace badawcze nad technologią wodorowych ogniw paliwowych w 1992 roku, zaś pierwszy prototyp został zaprezentowany w Osace w 1996 roku. Toyota Mirai, pierwszy samochód na ogniwa paliwowe marki, zadebiutował na rynku w 2014 roku.