VODÍKOVÉ TECHNOLOGIE
PRŮLOM VE VÝZKUMU VODÍKU: LEVNÁ A ÚČINNÁ SEPARACE IZOTOPŮ NENÍ JEN SEN
Mezinárodní výzkumný tým má za sebou velký krok k uskutečnění svého snu, a to levné separaci izotopů vodíku při pokojové teplotě. Nejlehčí ze všech prvků, vodík, je velmi žá- daný díky své slibné roli udržitelného zdroje při přechodu na alternativní zdroje energie. Tým z Lipské univerzity a Technické univer- zity v Drážďanech v rámci výzkumné skupiny Hydrogen isotopes 1,2,3 H učinil významný průlom v oblasti účinného a nákladově efek- tivního získávání izotopů. Jedná se o tři formy, v nichž se vodík vyskytuje v přírodě, tj. proti- um, deuterium nebo tritium. Mezinárodní tým výzkumníků učinil velký krok k uskutečnění svého snu o levné separaci izotopů vodíku při pokojové teplotě. Své výsledky právě opubliko- val v renomovaném časopise Chemical Science . Protium neboli vodík-1 je nejběžnější formou vodíku. Deuterium, známé jako těžký vodík, hraje stále důležitější roli, například při vývoji stabilnějších a účinnějších léčiv. Směs deuteria a tritia, „supertěžký“ vodík, se využívá jako pa- livo pro jadernou fúzi, udržitelný zdroj energie budoucnosti. Nejpalčivějším problémem ve výzkumu vodíku je, jak tyto izotopy získat ve vysoce čisté formě účinným a finančně efek- tivním způsobem. Překážkou jsou totiž jejich velmi podobné fyzikální vlastnosti. Současné postupy separace izotopů nejsou příliš účinné a navíc vyžadují značné množství energie. „ Již téměř 15 let je známo, že porézní kovově- -organické sktruktury (MOF) lze v zásadě použít k čištění a separaci izotopů vodíku. Dosud to však bylo možné pouze při velmi nízkých teplo- tách, kolem minus 200 stupňů Celsia. To jsou ale podmínky, jejichž realizace v průmyslovém měřítku je velmi nákladná, “ říká profesor Knut Asmis z Wilhelm Ostwald Institutu pro fyzi- kální a teoretickou chemii na Lipské univerzitě a mluvčí výzkumné skupiny školící doktorandy. Dodává, že separační mechanismus je založen na silně zvýhodněné adsorpci jednoho z izo- topů přítomných na jednom z volných kovo-
Obr.: Ilustrace přednostní vazby těžkého vodíku (modrá) na lehký vodík (bílá) v kovovém centru, aktivované vazbou molekuly vody (červeně kyslík, bíle vodík).
kou selektivitou při pokojové teplotě, “ říká Heine. Výzkumná skupina Hydrogen isotopes 1,2,3 H je financovaná Německou nadací pro výzkum (DFG) částkou 5,4 milionu eur na dobu 4,5 roku, a od října 2021 školí více než 20 doktorandů. Spojuje odborné znalosti Lipské univerzity, Technické univerzity v Drážďanech, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf a Leibnizova institutu povrchového inženýrství s cílem vyvíjet nové materiály, účinnější léčiva a citlivější detekční metody prostřednictvím sdružování finančních prostředků na základní výzkum a odbornou přípravu v oblasti izotopů vodíku. Další skupina přibližně 15 až 20 no- vých doktorandů zahájí svůj tříletý doktorský program 1. října 2024.
vých center v porézní pevné látce. Adsorpce je proces, při kterém atomy, ionty nebo molekuly plynu nebo kapaliny ulpívají na pevném, často porézním povrchu. Doktorandi Elvira Dongmo, Shabnam Haque a Florian Kreuter výzkumné skupiny vedené profesorem Thomasem Heinem (TU Dresden), a profesory Knutem Asmisem a Ralfem Ton- ner-Zechem (oba Univerzita Lipsko), nyní získali důkladnější představu o vlivu struktury prostředí na selektivitu vazby. Tím je myšlena jednoduchá otázka, proč se jeden z izotopů drží více než druhý. To se v této studii podařilo detailně rozluštit díky synergickému propojení nejmodernější spektroskopie, kvantově che- mických výpočtů a analýzy chemické vazby na modelovém systému. „ Poprvé se nám podařilo ukázat vliv jednotlivých atomů strukturovaných sloučenin na adsorpci. Nyní je můžeme cíleně optimalizovat, abychom získali materiály s vyso-
https://pubs.rsc.org/en/content/ articlepdf/2024/SC/D4SC04582C www.tu-dresden.de/mn/chemie/
RYCHLÝ VODÍKOVÝ ELEKTROLYZÉR MŮŽE PŘINÉST REVOLUCI V ENERGETICKÉ STABILITĚ
Do praxe míří další špičkový vynález, který přispěje ke stabilizaci rozvodné sítě uložením přebytečné energie z obnovitelných zdrojů ve formě vodíku. Komercializaci elektrolyzéru s rychlým náběhem výroby vodíku připravuje Ústav chemických procesů AV ČR (ÚCHP). Technologie pomůže snížit uhlíkovou stopu a optimalizovat náklady na energii. Nový elektrolyzér, který vyvinula Výzkumná skupina laserové chemie Ústavu chemických procesů AV ČR a na jehož cestě na trh spo- lupracuje s Centrem transferu Akademie věd
(CETAV), na rozdíl od svých komerčně vyrá- běných předchůdců nabízí řadu výhod. „ Patří mezi ně bezkonkurenčně rychlý náběh provozu, nízké instalační náklady, škálovatelný modulární design nebo energeticky efektivní využití zdroje elektrické energie. Samozřejmostí je vysoká flexibilita a rychlá reakce na přebytky energie v elektrické síti, “ popisuje Vladislav Dřínek z Ústavu chemických procesů AV ČR, jeden z autorů elektrolyzéru. Elektrolyzér do- káže dodávat vodík s plným výkonem za méně než tři minuty od svého spuštění a využívá
kombinaci alkalické technologie za použití iontově-selektivní membrány. „ Tato membrána, vyvinutá a produkovaná v České republice, umožňuje rychlý náběh elek- trolýzy. Ten je rozhodující pro udržení stability sítě a využití obnovitelných zdrojů energie, jako jsou solární a větrné elektrárny v době, kdy do sítě dodávají nadbytečnou energii, “ vysvětluje Vladislav Dřínek. Technologie slibuje kromě zajištění stabilní energie také snížení uhlíkové stopy, což odpo- vídá energetickým prioritám EU.
54
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online