Vodíkové palivo. Objav z Virginia Tech môže spôsobiť revolúciu v OZE

„Náš nový proces by nám mohol umožniť zbaviť sa našej závislosti na fosílnych palivách,“ uviedol Y. H. Percival Zhang, docent inžinierstva biologických systémov na Department of Agriculture and Live Sciences na College of Engineering. College of Agricultural and Life Sciences na univerzite Virginia Tech je jedna z najlepších vedeckých inštitúcií svojho druhu v USA. „Vodík je jeden z najdôležitejších biopalív budúcnosti,“ cituje portál Zhanga.

Použitie xylózy

Zhang a jeho tím boli úspešní v použití xylózy, najpočetnejšieho jednoduchého rastlinného cukru, k produkcii veľkého množstva vodíka, ktorého získanie bolo možné iba teoreticky. Zhangova metóda môže byť uskutočnená použitím akéhokoľvek zdroja biomasy.

Stať o objave vyšla v chemickom žurnále Angewandte Chemie, International Edition.

Táto nová a pre životné prostredie priaznivá metóda produkcie vodíka využíva obnoviteľné prírodné zdroje, vypúšťa do ovzdušia takmer žiadne skleníkové plyny a nevyžaduje drahé či ťažké kovy. Predchádzajúce metódy produkcie vodíka boli nákladné a vytvárali skleníkové plyny.

Koniec fosílnych palív?

Americké Ministerstvo pre energie tvrdí, že vodíkový plyn má potenciál dramaticky znížiť závislosť na fosílnych palivách. Automobiloví výrobcovia sa intenzívne snažia vyvíjať automobily poháňané vodíkovými palivovými článkami. Na rozdiel od benzínom poháňaných motorov, ktoré chrlia znečisťujúce látky, jediným vedľajším produktom vodíkového paliva je voda. Zhangov objav preto otvára dvere lacnému a obnoviteľnému zdroju vodíka.

Jonathan R. Mielenz, vedúci skupiny oddelenia biovedy a biovednej technológie v Národnom laboratóriu Oak Ridge, ktorý je zároveň oboznámený s prácou Dr. Zhanga, no nie je zainteresovaný do projektu, tvrdí, že tento objav má potenciál výrazným spôsobom ovplyvniť produkciu alternatívnej energie.

„Kľúčom k tomuto vzrušujúcemu objavu je skutočnosť, že Dr. Zhang pre produkciu vodíka používa druhý najviac rozšírený cukor v rastlinách,“ povedal. „Toto prispieva k výraznému dodatočnému úžitku pre produkciu vodíka a znižuje celkové náklady produkcie vodíka z biomasy.“

Mielenz tvrdí, že Zhangova metóda sa môže dostať na trh do troch rokov v prípade, že bude dostupná vhodná technológia. Sám Zhang tvrdí, že keď sa stane komerčne dostupnou, môže mať obrovský vplyv.

„Možnosti úžitku a výhod pre životné prostredie sú dôvodom prečo mnoho automobilových, ropných a energetických spoločností pracuje na vozidlách s pohonom na báze vodíkových palivových článkov čoby doprave budúcnosti,“ tvrdí Zhang. „Mnoho ľudí verí, že v skorom čase vstúpime do vodíkovej ekonomiky, ktorá by iba v Spojených štátoch mala trhovú hodnotu minimálne 1 trilión USD.“

Náklady technológie možno znížiť

Prekážkami na ceste ku komerčnej produkcii vodíkového paliva z biomasy boli pôvodne vysoké náklady použitých procesov a relatívne nízke množstvo konečného produktu.

Zhang si myslí, že našiel odpovede na tieto problémy. Počas siedmych rokov sa jeho tím sústredil na nájdenie netradičných spôsobov ako produkovať vodík s vysokou výnosnosťou pri nízkych nákladoch. Zamerali sa na výskum kombinácie enzýmov, nájdenie neznámych enzýmov a skonštruovanie enzýmov s požadovanými vlastnosťami.

Zhangov tím uvoľňoval vysoko očistený vodík pod mierne reakčnými podmienkami. Biokatalyzátorom použitým pri uvoľňovaní vodíka je skupina enzýmov umelo izolovaná od ostatných mikroorganizmov, ktorým sa darí v extrémnych teplotách a z ktorých niektoré môžu rásť pri teplote okolo bodu varu vody.

Vedci sa rozhodli pre použitie xylózy, ktorá tvorí až 30 percent stenových buniek rastlín. Napriek jej nadbytku, použitie xylózy pri uvoľňovaní vodíka bolo doteraz obmedzené. Prírodné alebo vytvorené mikroorganizmy, ktoré väčšina vedcov používa vo svojich experimentoch nedokážu produkovať vodík vo veľkom množstve, lebo tieto mikroorganizmy rastú a reprodukujú sa namiesto toho, aby štiepili molekuly vody a uvoľňovali čistý vodík.

Uvoľnenie vodíka

Pre uvoľnenie vodíka vedci z Virginia Tech oddelili množstvo enzýmov z ich pôvodných mikroorganizmov, aby vytvorili na mieru „ušitý“ enzýmový koktail, ktorý sa v prírode nevyskytuje. Tieto enzýmy pri kombinácii so xylózou a polyfosfátom uvoľňujú nebývalé veľké množstvo vodíka zo xylózy, čo má za výsledok produkciu približne trikrát viac vodíka ako iné vodík produkujúce mikroorganizmy.

Energia uložená v xylóze rozdelí molekuly vody, čím uvoľní vysoko očistený vodík, ktorý môže byť následne priamo použitý membránovými palivovými bunkami protónovou výmenou. Čo je však viac pôsobivé, táto reakcia nastane pri nízkych teplotách a vytvára vodíkovú energiu, ktorá je väčšia ako chemická energia uložená v xylóze a polyfosfátoch. Toto má za následok energetickú efektivitu viac ako 100 percent, čiže čistý energetický prírastok. To znamená, že odpadové teplo s nízkou teplotou môže byť použité k produkovaniu vysokokvalitného chemického energetického vodíka prvý raz v histórii. Ostatné procesy, ktoré menia cukor na biopalivo, ako napríklad etanol a butanol mali vždy energetickú efektivitu menej ako 100 percent, čo vyúsťovalo do energetickej straty.

V jeho predchádzajúcich výskumoch Dr. Zhang používal enzýmy k produkcii vodíka zo škrobu, no reakcia si vyžadovala zdroj potravy, čím sa celý proces stal príliš nákladným pre masovú produkciu.

Komerčný trh pre vodíkový plyn je v súčasnosti približne 100 miliárd USD pre vodík produkovaný zo zemného plynu, čo je však príliš nákladné na výrobu a generuje veľké množstvo skleníkového plynu oxidu uhličitého. Priemysel najčastejšie používa vodík k výrobe amoniaku pre hnojivá a k rafinácii výrobkov z petrochémie, no lacný a zelený zdroj hojný na vodík by mohol rapídne zmeniť trh.

„Naozaj nedáva zmysel používať neobnoviteľné prírodné zdroje k produkcii vodíka,“ povedal Zhang. „Myslíme si, že tento objav zmení pravidlá hry vo svete alternatívnej energie.“

Z Virginia Tech News spracoval Ľuboš Mikuška

© PROPERTY & ENVIRONMENT s. r. o. Autorské práva sú vyhradené a vykonáva ich vydavateľ.