Ogniwo paliwowe nowego rodzaju

Ogniwo paliwowe nowego rodzaju

Parę ziaren soli może wystarczyć, by zaszła elektroliza w mikrobiologicznych ogniwach, wydzielając wodór z wody lub organicznych odpadów. Niepotrzebny jest do tego dwutlenek węgla ani prąd z sieci elektrycznej, według inżynierów z Penn State.

„Ten system może produkować wodór wszędzie, gdzie są dostępne wody odpadowe,” powiedział Bruce E. Logan, profesor inżynierii środowiska. „Niepotrzebny jest dostęp do sieci elektrycznej, ani dwutlenek węgla. Jest to niewyczerpalne źródło energii.”

Mikrobiologiczne ogniwa, które produkują wodór są podstawą jego ostatniej pracy, ale wcześniejsze wersje wynalazku potrzebowały małej ilości prądy, by działać. Teraz Logan jest w trakcie pracy nad różnicami pomiędzy rzeczną a morską wodą w kwestii uzyskania dodatkowej energii. Prace prowadzi wraz adiunktem Younggy Kim’em.

Wyniki prac zostały opublikowane we wrześniowym National Academy of Sciences. Według miesięcznika naukowego wszystko wskazuje na to, że „czysty wodór może być skutecznie produkowany z nieograniczonych zapasów wody morskiej, rzecznej oraz z procesu biodegradacji materii organicznej.”

Ogniwa Logan’a mają od 58% do 64% sprawności i produkują od 0,8 do 1,6 metra sześciennego wodoru z każdego metra sześciennego płynu dziennie. Badacze oszacowali, że tylko około 1% energii wytwarzanej w ogniwie był potrzebny do przepompowywania wody przez system.

Kluczem tej mikrobiologicznej elektrolizy jest odwrotna elektrodializa (RED), która pobiera energią z różnicy jonowej pomiędzy słoną, świeżą wodą. Stos RED składa się z naprzemiennie ułożonych membran umożliwiających wymianę jonową. Im więcej takich membran, tym więcej energii może zostać wyprodukowanej.

„Ludzie zaproponowali, by produkować energię ze stosów RED,” powiedział Logan. „Ale trzeba mieć bardzo dużo par membran (pozytywną oraz negatywną), by nie doprowadzić do niewłaściwej reakcji.”

Technologia RED, by wywołać hydrolizę wody – podzielić ją na wodór i tlen – wymaga napięcia 1,8V, co odpowiada około 25 takim błonom i wymaga zwiększenia ciśnienia w systemie. Jednak połączenie technologii z bakteriami, które zużywają materię organiczną, produkując prąd elektryczny, pozwala na zmniejszenie tej ilości do 5 par błon.

Wcześniejsze prace z ogniwami mikrobiologicznymi wykazały, że mogą one same w sobie wytworzyć napięcie 0,3V, ale do wytworzenia wodoru w tych ogniwach potrzeba 0,414V. Trzeba było podać ponad 0,1V z zewnątrz, by doprowadzić do reakcji. Teraz, dzięki błonom oraz bakteriom uzyskiwane jest 0,5V i możliwa jest produkcja wodoru.

„Dodane napięcie jest dużo mniejsze niż 1,8V potrzebne do hydrolizy wody,” powiedział Logan. „Biodegradowalne płyny i odpady celulozowe występują w dużej ilości, ale energię z nich możemy odzyskać, póki co tylko w taki sposób. Dzięki temu mamy do czynienia z niewyczerpalnym źródłem energii.” Badania Logan’a oraz Kim’a wykorzystywały platynę jako katalizator na katodzie, ale kolejne eksperymenty wykazały, że nie potrzeba katalizatora z metalu szlachetnego – wystarczy siarczek molibdenu, który pozwoli na uzyskania 51% sprawności.

(rr)