Zöldülő zöldhidrogén
A Birminghami Egyetem kutatói olyan perovszkittal működő katalizátort fejlesztettek, amely akár 500 °C-kal alacsonyabb hőmérsékleten is képes vizet hidrogénre bontani, mint a jelenlegi eljárások, egy lépéssel közelebb hozva az ipari hulladékhőből nyerhető olcsó hidrogéntermelést.
Perovszkit ásvány (Fotó: Robert M. Lavinsky/Wikimedia Commons)
A hidrogén a világegyetem leggyakoribb eleme, és sokáig a tiszta energiahordozók egyik legígéretesebjeként tekintettek rá – felhasználásakor ugyanis csak víz és hő keletkezik, szén-dioxid nem. A dolog szépséghibája, hogy ma az előállított hidrogén körülbelül 95%-a még mindig fosszilis forrásból, elsősorban földgázból ered. A Birminghami Egyetem kutatói azonban olyan új katalizátort mutattak be, amely jelentősen csökkentheti a hidrogéntermelés hőmérséklet- és költségigényét, és ezzel a technológiát közelebb hozhatja az ipari méretű, gazdaságos alkalmazáshoz.
Miért drága ma a hidrogén előállítása?
A hidrogén tiszta formában szinte nem fordul elő a Földön, jellemzően kötött állapotban található vízben vagy szénhidrogénekben. A legelterjedtebb előállítási mód a gőz-reformálás, amely a metánból választja le a hidrogént, ám ennek során jelentős mennyiségű szén-dioxid is keletkezik. A tisztább alternatívát az elektrolízis jelenti, amely elektromos árammal bontja a vizet hidrogénra és oxigénre, ám ez az eljárás jelenleg drágább, és a globális hidrogénigénynek mindössze 4%-át fedezi.
Létezik egy harmadik út is: a termokémiai vízbontás, amelynél egy katalizátor segítségével bomlik szét a víz hidrogénre és oxigénre. Ennek a módszernek eddig az volt a legnagyobb akadálya, hogy rendkívül magas hőmérsékletet igényel – a vízbontás jellemzően 700–1000 °C között zajlik, a katalizátor regenerálásához pedig 1300–1500 °C szükséges egy újabb ciklus megkezdése előtt. Ezek a hőfokok drága berendezéseket és nagy energiabevitelt igényelnek.
Az új katalizátor: perovszkit alacsony hőmérsékleten
A Yulong Ding professzor vezette kutatócsoport a Birminghami Egyetem Vegyészmérnöki Karáról egy perovszkit szerkezetű katalizátort tesztelt, amely bárium, nióbium, kalcium és vas ötvözetéből áll, ezért a szakirodalomban BNCF néven szerepel.
A perovszkitek rácsszerkezetű anyagok, amelyek képesek oxigént megkötni és felszabadítani, így alkalmasak arra, hogy oxigéntartalmú vegyületeket – például a vizet – alkotóelemeikre bontsák.
Az International Journal of Hydrogen Energy szaklapban közölt eredmények szerint az új katalizátor jelentős mennyiségű hidrogént termelt már 150–500 °C közötti hőmérsékleten is, regenerálására pedig 700–1000 °C-on volt szükség – ez mintegy 500 °C-kal alacsonyabb, mint a jelenlegi eljárásoknál megszokott érték. A tesztelt változatok közül a BNCF100 jelű forma teljesített a legjobban: 10 egymást követő termelési cikluson keresztül is megőrizte vízbontó képességét, miközben a röntgendiffrakciós vizsgálatok csak alig kimutatható szerkezeti változást mutattak. Utóbbi az anyag stabilitására, hosszú távú ipari alkalmazhatóságára utal.
Gazdasági előny a zöld és kék hidrogénnel szemben
A kutatók előzetes gazdaságossági elemzést is végeztek, amely szerint az új perovszkit katalizátorral előállított hidrogén olcsóbb lehet, mint a jelenleg elterjedt zöld hidrogén (elektrolízissel, vízből) vagy a kék hidrogén (metánból, szén-dioxid-leválasztással). A költségelőny különösen azokon a területeken jelentős, ahol a megújuló energia ára alacsony – ilyen például Ausztrália.
"A folyamat alacsonyabb hőmérséklete lehetővé teheti, hogy a hidrogéntermelés a megújulóenergia-termelő létesítmények közelében történjen, az olyan alapipari ágazatok pedig, mint az acél-, cement-, üveg- és vegyipar, bőséges hulladékhővel rendelkeznek, amelyet a hidrogéntermelés hőforrásaként lehetne hasznosítani." – Yulong Ding professzor, Birminghami Egyetem
Az ipari alkalmazás és a kereskedelmi hasznosítás lehetőségei
A kutatás a Pekingi Tudományos és Technológiai Egyetemmel (USTB) együttműködésben zajlott, a Birminghami Egyetem pedig már a technológia Egyesült Királyságbeli és európai kereskedelmi hasznosításán dolgozik. A University of Birmingham Enterprise szabadalmi kérelmet nyújtott be a BNCF katalizátorok alacsony hőmérsékletű vízbontásban történő alkalmazására, és fejlesztő partnereket keres a technológia továbbviteléhez.
A módszer legnagyobb gyakorlati előnye, hogy a helyben, hulladékhővel termelt hidrogén esetén megszűnhet a szállítás és a tárolás jelenleg is komoly infrastrukturális akadálya – vagyis a hidrogén ott is gazdaságosan hasznosítható lehet, ahol eddig a magas belépési költségek miatt nem érte meg beruházni.
Összegzés
A Birminghami Egyetem kutatói olyan BNCF perovszkit katalizátort fejlesztettek, amely 150–500 °C közötti hőmérsékleten is jelentős mennyiségű hidrogént termel, és 700–1000 °C-on regenerálható – ez körülbelül 500 °C-kal alacsonyabb, mint a jelenlegi ipari eljárásoknál megszokott érték. Az eredmény azért fontos, mert a magas hőmérséklet-igény eddig az egyik legnagyobb költségtényezője volt a termokémiai hidrogéntermelésnek. Az előzetes gazdaságossági elemzés szerint a technológia olcsóbb lehet, mint a jelenlegi zöld és kék hidrogén előállítási módok, és az ipari hulladékhő hasznosításával a hidrogén helyben, szállítás nélkül is előállítható lenne. A kutatók már a kereskedelmi hasznosításon dolgoznak, szabadalmi kérelmet is benyújtottak, és fejlesztő partnereket keresnek a technológia továbblépéséhez.
Források:
ScienceDaily, University of Birmingham, EurekAlert!, Chen et al. (2026) – International Journal of Hydrogen Energy
A Birminghami Egyetem kutatói olyan perovszkit alapú katalizátort fejlesztettek ki, amely jóval alacsonyabb hőmérsékleten képes vizet hidrogénre bontani, mint a jelenlegi technológiák. A BNCF néven ismert, bárium, nióbium, kalcium és vas ötvözetéből álló katalizátor 150–500 °C közötti hőmérsékleten termelt jelentős mennyiségű hidrogént, és 700–1000 °C-on regenerálható – ez mintegy 500 °C-kal alacsonyabb, mint a jelenlegi ipari eljárásoknál. A legjobban teljesítő változat, a BNCF100, 10 termelési cikluson át is stabil maradt. Az előzetes gazdaságossági elemzés szerint a technológia olcsóbb hidrogéntermelést tehet lehetővé, mint a jelenlegi zöld vagy kék hidrogén előállítási módok, különösen az alacsony energiaárú régiókban. A kutatás lehetővé tenné, hogy acélművek, cementgyárak és más ipari üzemek hulladékhőjét hasznosítva helyben állítsák elő a hidrogént. Az egyetem szabadalmi kérelmet nyújtott be, és most fejlesztő partnereket keres a technológia kereskedelmi hasznosításához.
A hidrogén előállítása ma még jórészt fosszilis forrásokra épül: a globális termelés 95%-a földgázból, gőz-reformálással készül, míg az elektrolízis csupán 4%-ot fed le. A Birminghami Egyetem kutatói most olyan katalizátort mutattak be, amely jelentősen csökkentheti a harmadik előállítási mód, a termokémiai vízbontás hőmérséklet- és költségigényét.
A Yulong Ding professzor vezette csoport egy perovszkit szerkezetű, bárium, nióbium, kalcium és vas ötvözetéből álló katalizátort (BNCF) tesztelt. Az eredmények szerint a katalizátor 150–500 °C közötti hőmérsékleten is jelentős mennyiségű hidrogént termelt, regenerálására pedig 700–1000 °C elegendő volt – szemben a jelenlegi eljárások 700–1000 °C-os vízbontási és 1300–1500 °C-os regenerálási igényével. A legjobban teljesítő BNCF100 változat 10 termelési cikluson keresztül is megőrizte hidrogéntermelő képességét, jelentős szerkezeti leromlás nélkül.
Az előzetes gazdaságossági elemzés szerint az új eljárással előállított hidrogén olcsóbb lehet, mint a jelenlegi zöld vagy kék hidrogén, különösen az alacsony energiaárú régiókban, például Ausztráliában. A kutatás gyakorlati jelentősége, hogy az alacsonyabb hőigény miatt a hidrogéntermelés az ipari hulladékhő – például acélművek, cementgyárak vagy vegyipari üzemek hője – felhasználásával, helyben is megvalósítható lenne, kiküszöbölve a szállítás és tárolás jelenlegi költségeit. A kutatás a Pekingi Tudományos és Technológiai Egyetemmel együttműködésben zajlott, az egyetem pedig már szabadalmi kérelmet nyújtott be, és fejlesztő partnereket keres a technológia kereskedelmi hasznosításához.
A W4 stábja víz-, szennyvíz-, biogáz- és energetika ágazatokban dolgozó szerszakemberekből és újságírókból áll. Céljuk, hogy ezen ágazatok folyamatait és irányait átlátható, szakmailag megalapozott formában mutassák be.
Kapcsolódó
Az EU Horizon Europe programja által finanszírozott TITAN-projekt igazolta, hogy nyers biogázból mikrohullámú fluidizált reaktorral közel háromszor hatékonyabban állítható elő hidrogén, mint az elektrolízissel – miközben a melléktermékként keletkező szilárd szén tartósan köthető le a talajban.
Egy virginiai tinédzser garázslaborból indulva jutott el oda, ahová a membrántechnológia nem tud: önrecikláló, mágneses szűrő a mikroműanyagok ellen – a kérdés már csak az, hogy mit mond az apróbetűs rész....
Egy ígéretes vízkezelési innovációról számolhatunk be, miután brazil és brit kutatók egy ókor óta ismert és vízkezelésre is használt trópusi növényt vetettek be a mikroműanyagok kiszűrése érdekében
A Rochesteri Egyetem napelemes sótalanító rendszere vegyi kezelés és mérgező sóoldat nélkül alakít tengervizet ivóvízzé, miközben értékes ásványokat – köztük lítiumot – nyerhet vissza.