Produkcja wodoru z wody przy pomocy OZE to nie nowość. Ale wykorzystanie do tego celu H2O z powietrza to oryginalny pomysł naukowców z australijskiego University of Newcastle. Technologia jest w pełni zeroemisyjna, przede wszystkim jednak nie wymaga zużycia wody pitnej – bezcennej w krajach pustynnych.
Australia należy do czołówki krajów emitujących najwięcej gazów cieplarnianych na świecie. Przypada na nią 1,07 proc. globalnej emisji przy zaludnieniu na poziomie 0,33 proc. światowej populacji. To również kraj zdominowany przez węgiel. Surowiec ten odpowiada za wytwarzanie 75 proc. energii elektrycznej na Antypodach. Z takimi „parametrami” Australia nie należy do najbardziej zielonych państw świata. Ten stan rzeczy ma się jednak zmienić.
W ostatnich latach Australia intensywnie rozwija projekty wodorowe i ma ambicje, żeby zostać liderem rynku. Na razie dzięki wykorzystaniu gazu pochodzącego z gazyfikacji węgla, a docelowo za sprawą OZE – wiatraków i fotowoltaiki.
Produkcja wodoru. Czego do niej potrzeba?
Produkcja wodoru wymaga jednak więcej niż tylko źródła zasilania. Potrzebna jest również woda. Z tą substancją Australia ma jednak spory problem. Jedynym kontynentem, który notuje mniej opadów niż Antypody, jest Antarktyda. Susze i pożary z ostatnich lat przekonały Australijczyków, że liczy się każda kropla.
Dlatego w Perth wodę pitną odzyskuje się ze… ścieków – po poddaniu ich kilkuetapowemu procesowi oczyszczania, wodę doprowadza się do warstw wodonośnych. Mieszkańcy innych miast protestują przeciw takim rozwiązaniom, ale w przyszłości mogą nie mieć wyboru.
Chyba że uda się rozwiązać problem w inny sposób. Na przykład pozyskując wodę z powietrza. W ten sposób można by nie tylko rozwiązać kryzys wodny, ale również stworzyć dogodne warunki do w pełni zeroemisyjnej produkcji wodoru.
Na pustyni jest mnóstwo wody. Wystarczy ją skroplić
Nad technologiami pozwalającymi pozyskiwać wodę z powietrza pracują naukowcy z całego świata. Tego typu rozwiązania są już zresztą stosowane od wielu lat, choć większość z nich ma ograniczoną efektywności. Przykładowo w krajach takich, jak Chile, Maroko, Peru, Ekwador czy Oman wodę pitną pozyskuje się z mgły. Udaje się to nawet w jednym z najbardziej suchych obszarów na świecie – na pustyni Atakama, nad którą wilgoć napływa z powietrzem znad Pacyfiku. Specjalne polipropylenowe siatki z gęstymi oczkami, rozwieszone kilka metrów nad gruntem, pozwalają na wychwytywanie setek litrów wody dziennie.
Ten wyczyn nie działa jednak w miejscach suchych, nad które nie dociera oceaniczna „bryza”. Ale i dla takich przypadków naukowcy znajdują rozwiązania. Eksperci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zdołali opracować urządzenie, które jest w stanie wychwytywać wodę z powietrza o niskiej zawartości wilgotności dzięki wykorzystaniu różnicy temperatur we wnętrzu aparatury. System oparty jest na fotowoltaice i nie potrzebuje zewnętrznego źródła zasilania. Wynalazek powstał cztery lata temu, ale niedawno udało się go udoskonalić, zwiększając wydajność procesu, m.in. przez zastąpienie struktur metaloorganicznych (MOF) zeolitem – materiałem absorbującym złożonym z mikroporowatego glinofosforanu żelaza.
Hydropanele do produkcji wody można kupić za 4 tys. dolarów
Pozyskiwanie wody opiera się na dobowych wahaniach temperatury powietrza i skraplanie wilgoci wychwyconej przez absorber nocą. Mechanizm działa nawet przy 20-procentowej wilgotności powietrza, co oznacza, że może funkcjonować również w wielu obszarach pustynnych. Przykładowo na pustyni Negew położonej w południowym Izraelu średnia wilgotność powietrza wynosi ponad 60 proc., co oznacza, że w każdym metrze sześciennym lokalnej atmosfery znajduje się ok. 11 ml wody.
Podobne rozwiązanie opracował startup założony przez Cody’ego Friesena, profesora inżynierii i materiałoznawstwa z Arizona State University. Friesen zaczął je już komercjalizować pod marką SOURCE Hydropanels. Zestaw złożony z dwóch paneli kosztuje 4 tys. dolarów. W 2018 r. firma sprzedała ponad tysiąc takich systemów klientom z dziesięciu krajów świata, m.in. Syrii i Libanu. Szczegóły działania technologii można zobaczyć na poniższym nagraniu.
Fotowoltaika i woda z powietrza. Tak może wyglądać produkcja wodoru
Tego typu systemy nie są pozbawione ograniczeń, ale ich wydajność sukcesywnie rośnie. Sprzyjają temu nie tylko kolejne innowacje technologiczne, ale również odkrycia naukowe. Pod koniec marca tego roku naukowcy z University of Texas w Dallas zaobserwowali, że mikrokropelki wody osadzające się na hydrofilowych powierzchniach typu SLIPS spontanicznie łączą się w większe krople. Ułatwia to ich zbieranie, co z kolei pozwala „wygospodarować” miejsce dla dalszej kondensacji pary wodnej.
W przyszłości pozyskiwanie wody z powietrza może nie tylko zabezpieczyć byt mieszkańcom obszarów dotkniętych suszą, ale również przyspieszyć rozwój tzw. zielonego wodoru. Chodzi o technologię produkcji tego gazu wyłącznie przy użyciu OZE, bez wykorzystania paliw kopalnych. Zwiastunem takich rozwiązań jest wynalazek naukowców z australijskiego University of Newcastle. Stworzyli oni system, który pozyskuje wodę z powietrza, a następnie poddaje ją procesowi elektrolizy (rozdzieleniu wodoru i tlenu) z wykorzystaniem paneli fotowoltaicznych.
Czy Hydro Harvester spełni marzenia off-gridersów?
Urządzenie o nazwie Hydro Harvester jest nie tylko w pełni zeroemisyjne, ale również niezależne od źródeł wodny pitnej, która w wielu krajach świata jest na wagę złota. Dodatkowo woda pozyskana z powietrza jest wolna od zanieczyszczeń, nie wymaga więc uzdatniania, niezbędnego do przeprowadzenia elektrolizy nawet w przypadku korzystania z kranówki. To rozwiązanie radykalnie obniża koszt całego procesu i znacząco go przyspiesza.
Wynalazek Australijczyków to kolejny krok naprzód w rozwijaniu technologii „zielonowodorowych”. Hydro Harvester zapewne rozpala również wyobraźnię tzw. off-gridersów, którzy marzą o pełnej samowystarczalności i niezależności od „systemu”. Od komercjalizacji i powszechnej dostępności takich wynalazków dzieli nas zapewne kilka, a może kilkanaście lat. Wydaje się jednak, że tego typu rozwiązania mogą faktycznie zwiększyć niezależność wielu gospodarstw domowych od usług z sieci.
Zdjęcie: Shutterstock/A. Aleksandravicius
