Ερευνητές του MIT έχουν αναπτύξει μια μέθοδο παραγωγής υδρογόνου από καθημερινά υλικά: θαλασσινό νερό, καφέ και αλουμίνιο.
Η ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), υπό την ηγεσία του Douglas Hart, έχει αναπτύξει μια μέθοδο για την παραγωγή υδρογόνου από αλουμίνιο και θαλασσινό νερό, η οποία επιταχύνεται από μια πρέζα καφεΐνης.
Στη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Cell Reports Physical Science, περιγράφεται πως προεπεξεργασμένα σφαιρίδια αλουμινίου αντέδρασαν με θαλασσινό νερό για να παράγουν αέριο υδρογόνο. Αν και αυτή η αντίδραση ήταν αποτελεσματική, αρχικά ήταν πολύ αργή. Ωστόσο, η προσθήκη καφεΐνης, ή ακριβέστερα του ενεργού συστατικού της, της ιμιδαζόλης, μπόρεσε να επιταχύνει σημαντικά τη διαδικασία.
Ο Aly Kombargi, κύριος συγγραφέας και διδακτορικός φοιτητής στο Ινστιτούτο Μηχανολόγων Μηχανικών του MIT, εξήγησε τις πρακτικές επιπτώσεις: «Αυτό θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για θαλάσσιες εφαρμογές. Τα πλοία δεν θα χρειάζονταν πλέον να μεταφέρουν θαλασσινό νερό ή δεξαμενές υδρογόνου, αλλά μόνο αλουμίνιο ως καύσιμο».
Η βιώσιμη παραγωγή υδρογόνου είναι ενδιαφέρουσα για τη ναυτιλία
Η ερευνητική ομάδα οραματίζεται έναν συμπαγή αντιδραστήρα για πλοία και υποβρύχια οχήματα. Αυτό το σύστημα θα χρησιμοποιούσε ανακυκλωμένα σφαιρίδια αλουμινίου, μια μικρή ποσότητα κράματος γαλλίου-ινδίου και καφεΐνη. Τα συστατικά θα μπορούσαν σε συνδυασμό με το θαλασσινό νερό να παράγουν υδρογόνο κατά παραγγελία για να τροφοδοτήσουν κινητήρες ή να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην υιοθέτηση του υδρογόνου ως καυσίμου ήταν μέχρι σήμερα η πτητικότητα του, η οποία καθιστούσε τη μεταφορά επικίνδυνη. Η ομάδα του MIT κατάφερε παρακάμψει αυτό το πρόβλημα παράγοντας υδρογόνο κατ’ απαίτηση, αντί να το αποθηκεύει σε μεγάλες ποσότητες, όπως αναφέρεται στη μελέτη.
Η διαδικασία ξεκινά με το αλουμίνιο, το οποίο αντιδρά με το νερό και παράγει υδρογόνο. Ωστόσο, το φυσικό στρώμα οξειδίου του αλουμινίου συνήθως αποτρέπει αυτή την αντίδραση. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η προεπεξεργασία του αλουμινίου με ένα κράμα γαλλίου-ινδίου εξαλείφει αυτό το εμπόδιο και επιτρέπει την αντίδραση. Ένα πιθανό μειονέκτημα είναι ότι το γάλλιο και το ίνδιο είναι σπάνια και ακριβά.
Επαναχρησιμοποίηση του ακριβού κράματος γαλλίου-ινδίου
Η ομάδα δοκίμασε αρχικά τη διαδικασία με γλυκό νερό και στη συνέχεια την προσαρμόστηκε για χρήση με θαλασσινό νερό. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ιοντικές ιδιότητες του θαλασσινού νερού επέτρεπαν την ανάκτηση και την επαναχρησιμοποίηση του κράματος γαλλίου-ινδίου.
Αν και η αντίδραση με το θαλασσινό νερό ήταν επιτυχής, ήταν πιο αργή από την αντίδραση με το γλυκό νερό. Εξαιρετικά, η διαδικασία μπορούσε να επιταχυνθεί σημαντικά με την προσθήκη υπολειμμάτων καφέ. Περαιτέρω έρευνες έδειξαν ότι η ιμιδαζόλη που περιέχεται στην καφεΐνη είναι ο καθοριστικός επιταχυντής.
Ο Kombargi και οι συνάδελφοι του αναπτύσσουν τώρα έναν πρωτότυπο αντιδραστήρα. Εκτιμούν ότι ένα σύστημα που χρησιμοποιεί περίπου 20 κιλά σφαιριδίων αλουμινίου θα μπορούσε να τροφοδοτήσει ένα μικρό μη επανδρωμένο υποβρύχιο για περίπου 30 ημέρες.
Οι πιθανές εφαρμογές υπερβαίνουν τη θαλάσσια χρήση. Η ομάδα διερευνά επιλογές για χερσαίες μεταφορές, συμπεριλαμβανομένων φορτηγών και τρένων. Εξετάζουν ακόμη και τρόπους συλλογής νερού από την υγρασία του περιβάλλοντος για παραγωγή υδρογόνου σε λιγότερο υδάτινα περιβάλλοντα.
Σε περαιτέρω έρευνα θα ελεγχθεί περαιτέρω η πρακτική εφαρμοσιμότητα και η δυνατότητα κλιμάκωσης της μεθόδου.
Περιβαλλοντικά οφέλη και βιωσιμότητα
Η χρήση αυτής της μεθόδου παραγωγής υδρογόνου από θαλασσινό νερό, καφέ και αλουμίνιο παρουσιάζει σημαντικά περιβαλλοντικά οφέλη. Πρώτα απ’ όλα, το υδρογόνο θεωρείται ένα από τα καθαρότερα καύσιμα, καθώς η καύση του παράγει μόνο νερό και θερμότητα, χωρίς εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ή άλλων επιβλαβών αερίων. Αυτό το καθιστά ιδανικό για την αντικατάσταση των συμβατικών ορυκτών καυσίμων που συμβάλλουν στην κλιματική αλλαγή.
Επιπλέον, η χρήση θαλασσινού νερού αντί για γλυκό νερό είναι ιδιαίτερα σημαντική από την άποψη της βιωσιμότητας. Το γλυκό νερό είναι ένας περιορισμένος πόρος και η εκτεταμένη χρήση του για βιομηχανικούς σκοπούς μπορεί να οδηγήσει σε εξάντληση των αποθεμάτων του. Αντίθετα, το θαλασσινό νερό είναι άφθονο και μπορεί να αξιοποιηθεί χωρίς να επιβαρύνει τις γλυκές υδάτινες πηγές.
Η ανακύκλωση και επαναχρησιμοποίηση των σφαιριδίων αλουμινίου και του κράματος γαλλίου-ινδίου είναι επίσης κρίσιμη για τη βιωσιμότητα της μεθόδου. Παρά την υψηλή τιμή και σπανιότητα αυτών των υλικών, η δυνατότητα ανάκτησής τους καθιστά τη διαδικασία πιο οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμη. Αυτό μειώνει την ανάγκη για εξόρυξη νέων πόρων και ελαχιστοποιεί τα απορρίμματα.
Προοπτικές εμπορευματοποίησης και βιομηχανικής εφαρμογής
Η μετατροπή αυτής της μεθόδου από ερευνητικό πρωτότυπο σε εμπορικά βιώσιμη λύση αποτελεί ένα από τα επόμενα μεγάλα βήματα για το MIT και την ομάδα του Douglas Hart. Η ανάπτυξη ενός εμπορικά βιώσιμου συστήματος παραγωγής υδρογόνου θα απαιτήσει σημαντικές επενδύσεις και συνεργασίες με βιομηχανικούς εταίρους. Ωστόσο, η προοπτική χρήσης αυτής της τεχνολογίας σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές είναι εξαιρετικά ελπιδοφόρα.
Οι ναυτιλιακές εταιρείες δείχνουν ήδη ενδιαφέρον για την τεχνολογία αυτή, δεδομένου ότι η χρήση υδρογόνου μπορεί να μειώσει σημαντικά τις εκπομπές ρύπων από τα πλοία και να βελτιώσει την ενεργειακή αποδοτικότητα. Η δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου εν πλω, χωρίς την ανάγκη μεταφοράς και αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων καυσίμου, προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την ασφάλεια και το κόστος.
Εκτός από τη ναυτιλία, η τεχνολογία αυτή έχει τη δυνατότητα να μετασχηματίσει και άλλους τομείς μεταφοράς, όπως τα φορτηγά και τα τρένα, όπου οι τρέχουσες λύσεις αποθήκευσης υδρογόνου είναι ακριβές και περιορισμένες. Επιπλέον, η χρήση σε απομακρυσμένες περιοχές, όπου η πρόσβαση σε παραδοσιακά καύσιμα είναι δύσκολη, μπορεί να προσφέρει νέες λύσεις για την ενεργειακή ανεξαρτησία και την αξιοποίηση ανανεώσιμων πόρων.
Οι προοπτικές για τη χρήση αυτής της τεχνολογίας στη δημιουργία υδρογόνου από την υγρασία της ατμόσφαιρας είναι επίσης εξαιρετικά ενδιαφέρουσες. Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει την παραγωγή καθαρής ενέργειας σε περιοχές με ελάχιστη υδάτινη διαθεσιμότητα, ενισχύοντας την ενεργειακή ασφάλεια και προσφέροντας βιώσιμες λύσεις σε παγκόσμιο επίπεδο.
Η ομάδα του MIT συνεχίζει τις έρευνες και τις δοκιμές για να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα και την οικονομικότητα της μεθόδου, προκειμένου να την καταστήσει έτοιμη για ευρεία βιομηχανική χρήση και εμπορευματοποίηση.
