Az eleve alkalmazott szennyvíztisztítás egyik melléktevékenysége a hidrogéntermelés lehet, ami óriási lökést adna a hagyományosan drága eljárás költséghatékonyságának és tovább erősítené a zéró emissziós célokat. A recept kész, már csak integrálni kell.
Ott tartunk, hogy egy ideális világban a közüzemi szolgáltatók nem csak hatékonyan megtisztítják a szennyezett vizet, hanem hozzájárulhatnak az egyre nagyobb igényű hidrogéntermeléshez is. A Worcester Polytechnic Institute (WPI) kutatói jelentős lépést tettek ennek a víziónak a megvalósítása felé: kifejlesztettek egy anyagot, ami eltávolítja a vízből a karbamidot és képes azt hidrogéngázzá alakítani.
A Xiaowei Teng, a WPI James H. Manning vegyészmérnök professzora által vezetett, a Journal of Physical Chemistry Lettersben publikált tanulmány ígéretes megoldást mutat be a karbamid-elektrolízis régóta fennálló kihívására.
A karbamid az emlősök fehérje-anyagcseréjének mellékterméke egy gyakran előfordul nitrogénben gazdag mezőgazdasági műtrágyában is, ezért környezeti problémákat vet fel, ha túlzott mennyiségben van jelen a vízben. A karbamidban gazdag mezőgazdasági szennyvízelvezetés és szennyvízkibocsátás hozzájárul a káros algavirágzásokhoz és a hipoxiás holt zónákhoz. Ez kedvezőtlenül hat a vízi környezetre és az emberi egészségre. Kell-e további ok arra, hogy ott előzzük meg a karbamid természetes környezetbe jutását, ahol csak lehetséges? Mert van még: jelentős hidrogéntartalma miatt kiválóan alkalmas anyaga lehet a hidrogénből származó, fenntartható üzemanyag előállításnak.
A karbamid hidrogéntermelésre történő felhasználásának gyenge pontja eddig az volt, hogy nem álltak rendelkezésre olcsó és nagy hatékonyságú elektrokatalizátorok, amelyek víz nélkül és szelektíven oxidálják. A WPI csapata ezt úgy oldotta meg, hogy egyedi elektronszerkezetű, kölcsönhatásban lévő nikkel- és kobaltatomokból álló elektrokatalizátorokat hoztak létre. Ekkor felfedezték, hogy az elektronszerkezetek testre szabásával fokozni tudják a karbamid oxidációjának elektrokémiai aktivitását. A WPI professzora, Aaron Deskins számítógépes szimulációkkal támasztotta alá a kísérleti eredményeket. Arra jutott, hogy a nikkel- és kobalt-oxidok, valamint a hidroxidok homogén keveredése elősegítette az elektronok újraelosztását – optimálissá téve a katalizátorokat a karbamid- és vízmolekulák megkötésére.
Ennek az áttörésnek az alkalmazási területei igen széleskörűek. A karbamid jelentős nitrogénműtrágya- és takarmányadalék, amelyet évtizedek óta gyártanak: csak 2021-ben mintegy 180 millió tonnát hoztak belőle forgalomba a világon. A kutatócsoport eredményei forradalmasíthatják a karbamid felhasználását, és nemcsak a hulladékáramból állíthatnak elő hidrogén üzemanyagot, hanem hozzájárulhatnak az ökológiai rendszerek hosszú távú fenntarthatóságához is. A kutatás egészen biztosan új lehetőségeket nyit a víz és az energia kapcsolatában, ráadásul környezetbarát megközelítést kínál, mind a vízkezelés, mind a hidrogénelőállítás számára.
Gábor János
A főoldali kép illusztráció. Forrás: Freepik
A HIPA támogatásával megvalósuló 1,9 millió eurós beruházás révén az amerikai NI egyebek mellett új generációs tesztelési megoldásokat fejleszt.
Pályakezdők és évtizedes tapasztalattal rendelkezők is csatlakozhatnak a Paks II. szakembergárdájához. Az aktuális lehetőségeket a tavaszi állásbörzéken is meg lehet ismerni.
