Vandenilį iš jūros bei gėlo vandens gaminantis Sukomol Barua – naujasis gamtos mokslų daktaras

Sveikesnė ir tvaresnė ateitis – viena svarbiausių FTMC užduočių, dėl kurios darbuojasi visas būrys mūsų mokslininkų. Vienas iš jų, Katalizės skyriaus tyrėjas Sukomol Barua, rugsėjo 19 d. tapo gamtos mokslų daktaru.

Jis apgynė disertaciją „Anodo ir katodo medžiagos energijos konversijos sistemoms“ (mokslinė vadovė: dr. Aldona Balčiūnaitė).

Sveikinimai kolegai – visokeriopos sėkmės tęsiant svarbius darbus!

Kaip pastebi tyrimo autorius, šiandien pasaulis susiduria su rimtais energetikos iššūkiais – iškastinis kuras senka, jo deginimas teršia aplinką ir sukelia klimato kaitą. Be to, naftos, dujų ir anglies atsargos yra ribotos ir netolygiai pasiskirsčiusios, todėl kyla tiekimo problemų bei geopolitinių konfliktų rizika.

Ieškant švaresnių sprendimų, vis daugiau dėmesio sulaukia vandenilis. Jis turi labai didelį energijos tankį, degdamas neišskiria anglies dvideginio ir gali būti naudojamas įvairiose srityse – nuo transporto iki pramonės. Vandenilis gali būti išgaunamas skirtingais būdais, iš kurių švariausias – žalasis vandenilis, kai pasitelkiama atsinaujinanti energija (saulės, vėjo ar geoterminė).

Didžiausia kliūtis – technologijų lygis. Norint pagaminti vandenilį elektrolizės būdu (kai naudojant elektrą vanduo skaidomas į vandenilį ir deguonį), reikia daug energijos ir efektyvių katalizatorių. Dabartiniai katalizatoriai dažnai gaminami iš brangių tauriųjų metalų (pavyzdžiui, platinos), todėl pramoninis procesas lieka brangus.

Sukomol su kolegomis kuria pigesnius ir tvarius sprendimus, naudodami gausiau Žemėje randamus metalus (pavyzdžiui, nikelį, manganą ar kobaltą). Taip siekiama sukurti patikimus katalizatorius, galinčius efektyviai veikti tiek gėlame, tiek jūros vandenyje. Tai ypač aktualu, nes 97 proc. Žemės vandens sudaro sūrus jūros vanduo, o gėlojo ištekliai riboti.

(Unsplash.com nuotrauka)

„Mano doktorantūros studijos buvo sutelktos į elektrokatalizinio vandens skaidymo technologiją žaliojo vandenilio gamybai. Tam buvo būtini efektyvūs, tvarūs ir ilgaamžiai elektrokatalizatoriai (tiek anodai, tiek katodai).

Šis tyrimas buvo skirtas aukštos kokybės anodinių ir katodinių medžiagų kūrimui ir tobulinimui, taikant elektrocheminio nusodinimo metodą per dinaminio vandenilio burbulų šablono (Dynamic Hydrogen Bubble Template, DHBT) techniką bei tiriant jų aktyvumą vandenilio bei deguonies išsiskyrimo reakcijai ir bendram vandens skaidymui laboratoriniu mastu.

Be to, tyrinėjau savo susintetintų trimačių binarinių (sudarytų iš dviejų metalų) ir ternarinių (sudarytų iš trijų metalų) elektrokatalizatorių stabilumą bei jų mikrostruktūras ir paviršiaus morfologiją“, – pasakoja Sukomol.

Kaip minėta, jūros vandenį galime laikyti beveik neribotu ištekliumi – tad chemikas savo tyrimuose vandenilio gamybai naudojo ir natūralų jūros vandenį. Jis buvo renkamas Baltijos jūroje, ties Klaipėdos pakrante.

Kokie svarbiausi pasiekti rezultatai? S. Barua sukurtas trimatis binarinis nikelio-mangano elektrokatalizatorius ant titano pagrindo (NiMn/Ti-5) veikė labai efektyviai – jam prireikė tik mažos įtampos, kad pasiektų reikiamą vandenilio gamybos greitį tiek dirbtiniame, tiek šarminiame jūros vandenyje. Šį katalizatorių sujungus su kitu, taip pat mokslininko sukurtu nikelio-mangano elektrokatalizatoriumi (NiMn/Ti-1), pavyko pagaminti elektrolizerį – prietaisą, kuris naudodamas elektrą skaido vandenį į vandenilį ir deguonį.

Sukurtas elektrolizeris veikė ekonomiškiau nei sistema su brangiais tauriųjų metalų katalizatoriais, tokiais kaip platina.

(Visiems prieinamas žaliasis vandenilis – netolima ateitis? Canva.com nuotrauka)

Dar geresnių rezultatų parodė trimatis ternarinis nikelio-mangano-kobalto elektrokatalizatorius ant titano pagrindo (NiMnCo/Ti-2). Jis reikalavo itin mažos įtampos vandeniliui gaminti tiek dirbtiniame jūros, tiek gėlame šarminiame vandenyje. Be to, jis išliko labai stabilus – net 50 valandų veikė be didelių svyravimų ir išlaikė apie 90–95 proc. savo pradinio našumo.

„Šis tyrimas yra itin svarbus, nes pasaulis susiduria su energetikos krize ir mums būtinas energetinis saugumas. Dažnai girdisi klaidingų įsivaizdavimų apie vandenilį, todėl noriu juos išsklaidyti. Žaliasis vandenilis – geriausia alternatyva iškastinio kuro deginimui, nes jo gamybos metu nesusidaro šiltnamio efektą sukeliančių dujų, be to, jis gali būti naudojamas ne tik kaip kuras.

Vandenilio ekonominė vertė pasaulyje iki 2025 m. sieks daugiau nei 250 mlrd. JAV dolerių, o žaliojo vandenilio gamyba iš jūros vandens skaidymo metodo suteiks naują matmenį ir dar didesnę vertę šiai sričiai. Be to, šis tyrimas tiesiogiai prisideda prie vieno iš Jungtinių Tautų septyniolikos Darnaus vystymosi tikslų. Tai yra nr. 7: Prieinama ir švari energija“, – sako naujasis gamtos mokslų daktaras.

Disertaciją (anglų k.) galite perskaityti paspaudę šią nuorodą.

FTMC informacija