STAznanost
Naravoslovje in tehnika

Mladi raziskovalec s prebojnima inovacijama na poti v brezogljično družbo

Ljubljana, 16. maja - Mladi raziskovalec na Kemijskem inštitutu Matija Gatalo je zasnoval katalizator za vodikove gorivne celice, ki je bolj učinkovit in pol cenejši od obstoječih, ter odkril nov postopek za njegovo izdelavo. Inovaciji bi lahko pohitrili razvoj in množično uporabo vodikovih tehnologij, ki bodo igrale pomembno vlogo pri prehodu v brezogljično družbo.

Vodikovih gorivne celice so tehnologija, ki ob prisotnosti katalizatorja pretvarjajo vodik in kisik iz zraka v električno energijo. Pri tem ne prihaja do emisij ogljikovega dioksida in drugih škodljivih izpuhov, saj je edini stranski produkt voda. Uporaba vodikovih gorivnih celic bo zato igrala izjemno pomembno vlogo v boju proti podnebnim spremembam in zmanjšanju emisij toplogrednih plinov.

Vodikove gorivne celice skupaj z baterijami ponujajo okolju prijazno alternativo konvencionalnim motorjem z notranjim izgorevanjem in uporabo v mnogih industrijah. Po besedah Gatala je tehnologija zanimiva za mnoge oblike transporta, kot so avtomobili, ladje, letala, tovornjaki, avtobusi, pa tudi namesto dizelskih agregatov ali večjih generatorjev električne energije za decentralizirano proizvodnjo elektrike v domovih.

Visoki stroški glavna ovira za razširjenost vodikovih tehnologij

Ena izmed glavnih ovir za razširjeno uporabo vodikove tehnologije je bila cena katalizatorja, ki ima ključno vlogo pri pretvorbi vodika v električno energijo. Edini katalizatorji, ki izkazujejo dovolj visoko učinkovitost in stabilnost pri tej pretvorbi, namreč trenutno vsebujejo velike količine drage in dragocene plemenite kovine - platine.

Ravno visoka cena katalizatorja je po mnenju Gatala zavirala bolj množično uporabo vodikovih tehnologij, kar bi se z njegovima inovacijama lahko spremenilo.

Slovenski raziskovalec je namreč problem visokih stroškov rešil z razvojem novega katalizatorja, ki vsebuje pol manj platine kot obstoječi katalizatorji, ter posebnega nanotehnološkega postopka, s katerim je mogoče ta material proizvajati v velikih količinah. Za inovaciji so na Kemijskem inštitutu podali tudi patentni prijavi.

Cenejši in bolj učinkovit katalizator

Katalizator, ki ga je razvil slovenski raziskovalec, je dvakrat cenejši in tri- do štirikrat bolj učinkovit kot drugi katalizatorji, ki so trenutno na trgu. Katalizator, ki izgleda kot črn prah, predstavlja zlitino dveh kovin - drage platine ter bistveno cenejšega bakra.

Na trgu sicer že obstaja katalizator z zlitino, ki pa količino platine zmanjša za zgolj 10 odstotkov, medtem ko je v zlitini slovenskega raziskovalca kar za polovico manj platine, kot je najdemo v obstoječih katalizatorjih.

Z zmanjšanjem količine platine se strošek gorivnih celic katalizatorja, ki je doslej predstavljal skoraj polovico vseh stroškov izdelave sistema vodikove gorivne celice, precej zmanjša. Dosežek bi lahko pomembno spodbudil uporabo vodikovih tehnologij, saj je bil doslej ovira za to ravno cena katalizatorja. Gatalo se nadeja, da bodo v prihodnje lahko količino platine v katalizatorju in posledično vodikovi gorivni celici še zmanjšali.

Ob vgradnji katalizatorja v gorivno celico je sicer mogočih še veliko drugih inovacij, a je preboje težko pričakovati brez vložka tako velikih korporacij kot tudi držav, je poudaril Gatalo. "Na tem nivoju se namreč pri stroških zelo hitro pojavi kakšna dodatna ničla in vsekakor potrebuješ multidisciplinarne rešitve (kemiki, inženirji, strojniki, IT) in ne revolucije posameznikov."

Bolj fleksibilen in preprost postopek izdelave katalizatorja

Druga inovacija pa je do zdaj še neznan proces, ki omogoča pripravo katalizatorjev za vodikove gorivne celice z izjemnimi lastnostmi, kot tudi drugih tipov katalizatorjev in produktov iz plemenitih kovin. Nov postopek bi lahko po besedah Gatala bistveno pohitril proizvodnjo in razvoj tovrstnih materialov.

Njihov postopek je bistveno bolj fleksibilen in enostavnejši od edinega postopka, ki je trenutno uporaben v industriji, hkrati pa je energetsko sprejemljiv. Postopek pa ni primeren le za gorivne celice, temveč tudi za pripravo drugih materialov, ki so zanimivi ne le za izdelavo katalizatorjev, temveč tudi za senzorje.

Dosežek je prepoznala tudi ljubljanska univerza, ki je skupini snovalcev procesa priprave katalizatorjev podelila glavno rektorjevo nagrado za inovativen proces priprave katalizatorjev.

Inovaciji kombinacija starega znanja in novih povezav

Za inovaciji so po besedah Gatala izkoristili staro znanje ter v njem našli nove povezave, ki jih ni doslej odkril še nihče. K uspehu je po oceni mladega raiskovalca pripomoglo tudi dejstvo, da je imel pri raziskovanju pod mentorstvom Mirana Gaberščka in Marjana Beleta na Odseku za kemijo materialov Kemijskega inštituta zelo proste roke, ter da ni "bil vezan na nič drugega kot lastno zastavljene mejnike ter lastno vizijo". Sam namreč močno verjame v pomen raziskav, ki jih vodi radovednost, kar pa pri številnih projektih zaradi že zastavljenih ciljev ponavadi izzveni.

Kot je ob tem povedal v. d. vodje pisarne za prenos znanja na Kemijskem inštitutu Tomaž Bizjak, je področje energije in iskanje alternativnih virov energije eno izmed ključnih raziskovalnih področij in v to smer se bo inštitut razvijal še naprej. Slovenija bi po njegovem mnenju te tehnologije morala prepoznati kot strateške ter jih ne omejevati, temveč spodbujati. "Tu imamo prebojne raziskave, zaradi katerih se lahko vključimo v svetovno tekmo in jo tudi vodimo."

Odziv industrije

Industrija je že prepoznala ekonomski potencial inovacij. Gatalo z ekipo raziskovalcev namreč že sodeluje s slovenskim podjetjem Mebius, ki katalizator uporablja za izdelavo osrčja vodikove gorivne celice - membransko elektrodnega sklopa (MEA), kjer poteka pretvorba vodika in kisika v električno energijo.

Veliko je tudi zanimanja za testiranje novega katalizatorja, ki ga trenutno testirajo na skupno sedmih lokacijah po svetu. Pred kratkim so podpisali tudi sporazum o prenosu materiala z dvema izmed vodilnih mednarodnih podjetij na trgu katalizatorjev in plemenitih kovin, ki so po besedah Bizjaka "kot Nike ali Adidas na področju športne opreme."

Avtomobilska industrija

Kot je pojasnil Gatalo, se vodikove tehnologije še ne proizvajajo množično, so pa tik pred tem. Na tem področju že potekajo številni pilotni projekti ter proizvodnje manjših serij.

Trenutno so komercialno dostopni modeli osebnih avtomobilov na vodikove gorivne celice denimo Hyundai Nexo, Toyota Mirai in Honda Clarity. Tovrstnih vozil izdelajo le nekaj sto do tisoč na leto, množične proizvodnje pa zaradi visoke cene tehnologije in nizkega povpraševanja na trgu še ni, je dejal Gatalo, ki se nadeja, da bo njihova inovacija ta problem končno rešila.