Paliwo wodorowe z kwasu mrówkowego

Nowe badania pokazują, że kwas mrówkowy może być wykorzystywany jako bezpieczne, łatwe w transporcie źródło wodoru do ogniw paliwowych. Matthias Beller i jego koledzy z Instytutu Katalizy Leibniza w Rostoku w Niemczech znaleźli sposób na przekształcenie kwasu mrówkowego, powszechnego środka konserwującego i przeciwbakteryjnego, w wodór w niskich temperaturach.

Wodór na żądanie: Jednostka generująca wydobywa wodór z kwasu mrówkowego i podaje go do ogniwa paliwowego z membraną polimerowo-elektrolitową, w której pracuje laptop.

Chociaż wodór wytwarzany tą metodą może w najbliższym czasie nie znaleźć zastosowania w pojazdach z ogniwami paliwowymi, naukowcy twierdzą, że proces ten może wytworzyć wystarczające ilości dla mikroogniw paliwowych, które zasilają przenośne urządzenia elektroniczne, takie jak telefony komórkowe i laptopy.

Wyzwanie polegające na niedrogiej produkcji, przechowywaniu i transporcie wodoru sprawiło, że ogniwa paliwowe nie stały się popularne. Zamiast transportować gazowy wodór, bardziej praktyczne jest posiadanie materiału zawierającego wodór, który można rozłożyć w celu wytworzenia gazu tam, gdzie jest potrzebny. Obecnie metan i metanol znajdują się na szczycie listy źródeł wodoru dla pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi. Są one zazwyczaj rozkładane w procesie reformingu parowego, który wymaga temperatury powyżej 200 °C i jednostki reformingu.

Procesy działające w niższych temperaturach nie wymagałyby reformera ani dużej ilości energii, a zatem mogłyby być bardziej odpowiednie do produkcji wodoru dla mniejszych ogniw paliwowych, które zasilają przenośne urządzenia elektroniczne. Nowy proces, który przedstawia Beller i jego koledzy Chemia stosowana działa w temperaturach od 26 do 40 °C. Naukowcy mieszają kwas mrówkowy z aminami i wystawiają mieszaninę na działanie katalizatora na bazie rutenu, który rozkłada kwas na wodór i dwutlenek węgla.

Zaletą kwasu mrówkowego jest to, że jest cieczą… i jest stosunkowo łatwy w obsłudze, mówi Beller. Chociaż czysty kwas jest żrący, mieszanina kwasu z aminami jest łagodna, mówi.

Kwas mrówkowy można również stosować bezpośrednio w ogniwie paliwowym. To może być łatwiejsze, ponieważ oszczędza dodatkowy etap przekształcenia go w wodór. Tekion z siedzibą w Burnaby w Kanadzie współpracuje z niemieckim gigantem chemicznym BASF, największym producentem kwasu mrówkowego, nad komercjalizacją ogniwa paliwowego wykorzystującego bezpośrednio kwas mrówkowy. Tekion, który nie ma jeszcze produktu na rynku, twierdzi, że jego ogniwa paliwowe na kwas mrówkowy są mniejsze i mniej złożone niż bezpośrednie ogniwa paliwowe na metanol. Jednak bezpośrednie ogniwa paliwowe na kwas mrówkowy mają tę samą wadę, która powoduje, że ogniwa paliwowe z metanolem są drogie: obie technologie są mniej wydajne niż ogniwa wodorowe.

Beller zwraca uwagę, że wykorzystanie kwasu mrówkowego do wytwarzania wodoru ma również wady. W porównaniu z metanem i metanolem kwas mrówkowy zawiera znacznie mniej wodoru. Jeśli zużyjesz cały wodór w kilogramie metanolu, otrzymasz 4,19 kilowatogodziny energii, podczas gdy wodór w kilogramie kwasu mrówkowego daje 1,45 kilowatogodziny.

To może sprawić, że kwas mrówkowy będzie droższym źródłem wodoru niż metan czy metanol. Jednocześnie proces ten wymaga mniej energii niż reforming parowy, a dzięki lepszym katalizatorom naukowcy mogą obniżyć koszty, mówi Beller.

Kwas mrówkowy może mieć szansę na wejście na rynek przenośnych elektronicznych ogniw paliwowych, sugeruje Richard Farmer, który kieruje zespołem ds. produkcji i dostawy wodoru w Laboratorium Efektywności Energetycznej i Energii Odnawialnej Departamentu Energii.

Aby jednak wytworzyć duże ilości wodoru do pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi, proces ten musiałby być porównany z obecnym wzorcem: reforming parowo-metanowy. Farmer mówi, że dzięki małej jednostce reformatora parowego na stacji paliw, osiągnęliśmy nasz krótkoterminowy cel, wynoszący trzy dolary za kilogram [wodoru], nieopodatkowanego, ale dostarczonego.

Beller i jego koledzy mogą mieć długą drogę do przebycia, aby wyprodukować wystarczającą ilość taniego wodoru dla pojazdów, ale już rozmawiają o swojej technologii z dwoma niemieckimi firmami motoryzacyjnymi. Pracują również z niektórymi inżynierami, aby zbudować mały prototypowy model samochodu, który wykorzystuje tę technologię i który powinien być gotowy za dwa miesiące. Ale w krótkiej perspektywie, jak mówi Beller, naukowcy uważają kwas mrówkowy za źródło paliwa dla przenośnej elektroniki. Obecnie nie dążymy do dużego wykorzystania w samochodach – to nie ma sensu.

ukryć