Vodíkové palivo. Objev z Virginia Tech může způsobit revoluci v OZE

Skupina vědců z univerzity Virginia Tech objevila způsob jak vytěžit velké množství vodíku z jakékoli rostliny. Průlom má potenciál přivést světu nízkonákladový a životnímu prostředí příznivý zdroj paliva. Informoval o tom portál Virginia Polytechnic Institute and State University.

"Náš nový proces by nám mohl umožnit zbavit se naší závislosti na fosilních palivech," uvedl Y. H. Percival Zhang, docent inženýrství biologických systémů na Department of Agriculture and Live Sciences na College of Engineering. College of Agricultural and Life Sciences na univerzitě Virginia Tech je jedna z nejlepších vědeckých institucí svého druhu v USA. "Vodík je jeden z nejdůležitějších biopaliv budoucnosti," cituje portál Zhanga.

Použití xylózy
Zhang a jeho tým byli úspěšní v použití xylózy, nejpočetnějšího jednoduchého rostlinného cukru, k produkci velkého množství vodíku, jehož získání bylo možné pouze teoreticky. Zhangova metoda může být provedena použitím jakéhokoliv zdroje biomasy.

Stát o objevu vyšla v chemickém žurnále Angewandte Chemie, International Edition.

Tato nová a pro životní prostředí příznivá metoda produkce vodíku využívá obnovitelné přírodní zdroje, vypouští do ovzduší téměř žádné skleníkové plyny a nevyžaduje drahé či těžké kovy. Předchozí metody produkce vodíku byly nákladné a vytvářely skleníkové plyny.

Konec fosilních paliv?
Americké Ministerstvo pro energie tvrdí, že vodíkový plyn má potenciál dramaticky snížit závislost na fosilních palivech. Automobiloví výrobci se intenzivně snaží vyvíjet automobily poháněné vodíkovými palivovými články. Na rozdíl od benzínem poháněných motorů, které chrlí znečišťující látky, jediným vedlejším produktem vodíkového paliva je voda. Zhang objev proto otevírá dveře levnému a obnovitelnému zdroji vodíku.

Jonathan R. Mielenz, vedoucí skupiny oddělení biologie a biovednej technologie v Národním laboratoři Oak Ridge, který je zároveň obeznámen s prací dr. Zhanga, no není zainteresován do projektu, tvrdí, že tento objev má potenciál výrazným způsobem ovlivnit produkci alternativní energie.

"Klíčem k tomuto vzrušujícímu objevu je skutečnost, že dr. Zhang pro produkci vodíku používá druhý nejvíce rozšířený cukr v rostlinách, "řekl. "Toto přispívá k výraznému dodatečnému užitku pro produkci vodíku a snižuje celkové náklady produkce vodíku z biomasy."

Mielenz tvrdí, že Zhangova metoda se může dostat na trh do tří let v případě, že bude dostupná vhodná technologie. Sám Zhang tvrdí, že když se stane komerčně dostupnou, může mít obrovský vliv.

"Možnosti užitku a výhod pro životní prostředí jsou důvodem proč mnoho automobilových, ropných a energetických společností pracuje na vozidlech s pohonem na bázi vodíkových palivových článků coby dopravě budoucnosti," tvrdí Zhang. "Mnoho lidí věří, že v brzkém čase vstoupíme do vodíkové ekonomiky, která by pouze ve Spojených státech měla tržní hodnotu minimálně 1 trilion USD."

Náklady technologie lze snížit
Překážkami na cestě ke komerční produkci vodíkového paliva z biomasy byly původně vysoké náklady použitých procesů a relativně nízké množství konečného produktu.

Zhang si myslí, že našel odpovědi na tyto problémy. Během sedmi let se jeho tým soustředil na nalezení netradičních způsobů jak produkovat vodík s vysokou výnosností při nízkých nákladech. Zaměřili se na výzkum kombinace enzymů, nalezení neznámých enzymů a zkonstruování enzymů s požadovanými vlastnostmi.

Zhang tým uvolňoval vysoce očištěný vodík pod mírně reakčními podmínkami. Biokatalyzátory použitým při uvolňování vodíku je skupina enzymů uměle izolovaná od ostatních mikroorganismů, kterým se daří v extrémních teplotách az nichž některé mohou růst při teplotě kolem bodu varu vody.

Vědci se rozhodli pro použití xylózy, která tvoří až 30 procent stěnových buněk rostlin. Navzdory její nadbytku, použití xylózy při uvolňování vodíku bylo dosud omezené. Přírodní nebo vytvořené mikroorganismy, které většina vědců používá ve svých experimentech nedokáží produkovat vodík ve velkém množství, protože tyto mikroorganismy rostou a reprodukují se namísto toho, aby štiepili molekuly vody a uvolňovaly čistý vodík.

Uvolnění vodíku
Pro uvolnění vodíku vědci z Virginia Tech oddělili množství enzymů z jejich původních mikroorganismů, aby vytvořily na míru "ušitý" enzymový koktejl, který se v přírodě nevyskytuje. Tyto enzymy při kombinaci se xylosy a polyfosfátům uvolňují nebývalé velké množství vodíku ze xylózy, což má za výsledek produkci přibližně třikrát více vodíku než jiné vodík produkující mikroorganismy.

Energie uložená v xylózy rozdělí molekuly vody, čímž uvolní vysoce očištěný vodík, který může být následně přímo použit membránovými palivovými buňkami protonové výměnou. Co je však více působivé, tato reakce nastane při nízkých teplotách a vytváří vodíkovou energii, která je větší než chemická energie uložená v xylosy a polyfosfátů. Toto má za následek energetickou efektivitu více než 100 procent, čili čistý energetický přírůstek. To znamená, že odpadní teplo s nízkou teplotou může být použito k produkování kvalitního chemického energetického vodíku poprvé v historii. Ostatní procesy, které mění cukr na biopalivo, jako například etanol a butanol měli vždy energetickou efektivitu méně než 100 procent, což vyústily do energetické ztráty.

V jeho předchozích výzkumech dr. Zhang používal enzymy k produkci vodíku ze škrobu, ale reakce vyžadovala zdroj potravy, čímž se celý proces stal příliš nákladným pro masovou produkci.

Komerční trh pro vodíkový plyn je v současnosti přibližně 100 miliard USD pro vodík produkovaný ze zemního plynu, což je však příliš nákladné na výrobu a generuje velké množství skleníkového plynu oxidu uhličitého. Průmysl nejčastěji používá vodík k výrobě amoniaku pro hnojiva pokud rafinaci výrobků z petrochemie, no levný a zelený zdroj hojný na vodík by mohl rapidně změnit trh.

"Opravdu nedává smysl používat neobnovitelné přírodní zdroje k produkci vodíku," řekl Zhang. "Myslíme si, že tento objev změní pravidla hry ve světě alternativní energie."

Z Virginia Tech News zpracoval Ľuboš Mikuška

Zdroj: Energie-portal.sk