Održiva proizvodnja vodika iz limenki gaziranih pića

Vodik ima potencijal biti klimatski prihvatljivo gorivo jer ne oslobađa ugljikov dioksid kada se koristi kao izvor energije. Međutim, trenutno većina metoda za proizvodnju vodika uključuje fosilna goriva, što vodik čini manje "zelenim" gorivom tijekom cijelog njegovog životnog ciklusa.

Novi proces koji su razvili inženjeri s MIT-a mogao bi značajno smanjiti ugljični otisak povezan s proizvodnjom vodika.

Prošle godine, tim je izvijestio da bi mogli proizvesti vodikov plin kombiniranjem  morske vode, recikliranih limenki gaziranih pića i kofeina. Pitanje je tada bilo može li se postupak u laboratoriju primijeniti u industrijskim razmjerima i uz koju cijenu za okoliš.

Istraživači su sada proveli procjenu životnog ciklusa, uzimajući u obzir svaki korak u procesu na industrijskoj razini. Primjerice, tim je izračunao emisije ugljika povezane s dobivanjem i obradom aluminija, njegovom reakcijom s morskom vodom za proizvodnju vodika i transportom goriva do benzinskih postaja, gdje vozači mogu koristiti spremnike vodika za pogon motora ili automobila na gorive ćelije.

U studiji objavljenoj u časopisu Cell Reports Sustainability, tim izvještava da bi za svaki kilogram proizvedenog vodika proces generirao 1,45 kilograma ugljikovog dioksida tijekom cijelog svog životnog ciklusa. Za usporedbu, procesi temeljeni na fosilnim gorivima emitiraju 11 kilograma ugljikovog dioksida po kilogramu proizvedenog vodika.

Niskougljični otisak je stoga u rangu s drugim predloženim tehnologijama "zelenog vodika", poput onih koje pokreću solarna i energija vjetra.

Ispuštanje aluminijske limenke u vodu obično neće uzrokovati veliku kemijsku reakciju. To je zato što kada je aluminij izložen kisiku, on odmah formira sloj nalik štitu. Bez ovog sloja, aluminij postoji u svom čistom obliku i može lako reagirati kada se pomiješa s vodom. Reakcija koja se događa uključuje atome aluminija koji učinkovito razgrađuju molekule vode, stvarajući aluminijev oksid i čisti vodik. I ne treba puno metala da bi se stvorila značajna količina plina u obliku mjehurića.

Istraživači su otkrili da mogu probiti prirodni štit aluminija tretirajući ga malom količinom galij-indija, legure koja učinkovito pretvara aluminij u njegov čisti oblik. Istraživači su zatim pomiješali kuglice čistog aluminija s morskom vodom i primijetili da reakcija proizvodi čisti vodik. Štoviše, sol u vodi pomogla je u taloženju galij-indija, koji je tim potom mogao oporaviti i ponovno upotrijebiti za proizvodnju više vodika, u održivom ciklusu koji štedi troškove.

Nakon što su proveli procjene životnog ciklusa za otprilike desetak scenarija, tim je identificirao jedan scenarij s najnižim ugljičnim otiskom. Ovaj scenarij se usredotočuje na reciklirani aluminij, izvor koji štedi značajnu količinu emisija u usporedbi s rudarenjem aluminija, i morsku vodu, prirodni resurs koji također štedi novac. Otkrili su da bi ovaj scenarij, od početka do kraja, generirao oko 1,45 kilograma ugljikovog dioksida za svaki kilogram proizvedenog vodika. Izračunali su da bi trošak proizvedenog goriva bio oko 9 dolara po kilogramu, što je usporedivo s cijenom vodika koji bi se generirao drugim zelenim tehnologijama poput energije vjetra i sunca.

Ako bi se proces s niskim udjelom ugljika proširio na komercijalne razmjere, izgledao bi otprilike ovako: Proizvodni lanac bi započeo s otpadnim aluminijem nabavljenim iz centra za recikliranje. Aluminij bi se usitnjavao u pelete i tretirao galij-indijem. Zatim bi vozači mogli prevoziti prethodno obrađene pelete kao aluminijsko "gorivo", umjesto da izravno prevoze vodik, koji je potencijalno hlapljiv. Peleti bi se prevozili do benzinske postaje koja bi se idealno nalazila u blizini izvora morske vode, koja bi se zatim, po potrebi, mogla miješati s aluminijem kako bi se proizveo vodik. Potrošač bi zatim mogao izravno pumpati plin u automobil s motorom s unutarnjim izgaranjem ili gorivom ćelijom.

Cijeli proces proizvodi nusprodukt na bazi aluminija, bemit, mineral koji se obično koristi u izradi poluvodiča, elektroničkih elemenata i brojnih industrijskih proizvoda. Taj nusprodukt, ako bi se reciklirao nakon proizvodnje vodika, mogao bi se prodati proizvođačima, što bi dodatno smanjilo troškove cijelog procesa.

Grupa nastavlja razvijati proces. Nedavno su dizajnirali mali reaktor, otprilike veličine boce za vodu, koji koristi aluminijske kuglice i morsku vodu za proizvodnju vodika, dovoljnog za napajanje električnog bicikla nekoliko sati. Prethodno su pokazali da proces može proizvesti dovoljno vodika za pogon malog automobila. Tim također istražuje podvodne primjene i dizajnira vodikov reaktor koji bi koristio okolnu morsku vodu za napajanje malog broda ili podvodnog vozila.