Toruński wynalazek napędzi samochody na wodór

Toruńscy naukowcy mogą cieszyć się z kolejnego sukcesu na międzynarodową skalę. Wynalazek dr Anny Ilnickiej i prof. Jerzego Łukaszewicza z wydziału Chemii UMK zdobył trzy medale w konkursie INNOVA 2015 w Brukseli. Wdrożenie go może pomóc w upowszechnieniu samochodów zasilanych wodorem.

Naukowcy z UMK opatentowali nowatorską metodę otrzymywanie węgli o wysokiej zawartości azotu, które zgodnie z intencją wynalazców, mają służyć zwłaszcza do wytwarzania elektrod. Wynalazek zgłoszony jako "Węgle aktywowane o wysokiej zawartości azotu i wysokim przewodnictwie elektrycznym oraz sposób otrzymywania węgli aktywowanych, zwłaszcza do wytwarzania elektrod" zdobył aż trzy złote medale podczas 64. Międzynarodowej wystawy The World Exhibition of Innventions, Research and New Technologies INNOVA 2015 w Brukseli.

– Węgle aktywne wzbogacone o azot znajdą zastosowanie w tych samych dziedzinach, w których do tej pory używany był węgiel aktywny, czyli w redukcji emisji dwutlenku węgla oraz oczyszczaniu środowiska z metali ciężkich – tłumaczy współtwórca wynalazku, prof. Jerzy Łukaszewicz. – W naszych badaniach skupiliśmy się jednak na ich zastosowaniu elektrochemicznym. Azotowe grupy funkcyjne mogą służyć do produkcji ogniw paliwowych, stosowanych między innymi w samochodach elektrycznych zasilanych wodorem.

Węglowe rewolucje

Istotą wynalazku jest nowa metoda otrzymywania węgli aktywnych o zawartości azotu zwiększonej do około 8-10 proc. „Zwykły” węgiel aktywny, już dziś znajdujący szerokie zastosowanie między innymi w oczyszczaniu ścieków, zawiera maksymalnie 0,5 proc. azotu.

– Naszą metodę wyróżnia przede wszystkim zastąpienie platyny znacznie tańszym materiałem, co pozwoli obniżyć koszty otrzymywania węgli aktywowanych o dużej zawartości azotu – mówi prof. Łukaszewicz. – Te pozyskiwane standardowo zawierają nawet do 30 proc. platyny, a nasze nie mają jej wcale.

Metoda opracowana na UMK zakłada wykorzystanie materiałów odpadowych, czyli chityny będącej produktem ubocznym połowu skorupiaków. Węgle uzyskane na ich bazie są nie tylko bardziej ekonomiczne w wytwarzaniu, ale sprawniejsze od węgli zawierających platynę.

Wodór przyszłością motoryzacji?

Większa zawartość azotu w węglu aktywnym nadaje mu silne właściwości utleniające, dzięki czemu można go wykorzystać jako materiał katodowy w ogniwach paliwowych, stosowanych w samochodach na wodór.

Ogniwa paliwowe są niezbędne do napędzania samochodów zasilanych wodorem, czyli pojazdów elektrycznych najnowszej generacji. Oba typy aut do działania potrzebują prądu, jednak wodorowe nie muszą pozyskiwać go z zewnątrz, ale wytwarzają energię same, właśnie dzięki wspomnianym ogniwom paliwowym.

W ich przypadku wodór jest odpowiednikiem benzyny czy autogazu. Jego tankowanie trwa na stacji tylko kilka minut. To zdecydowanie wygodniejsza metoda niż ładowanie auta elektrycznego z gniazdka, ponieważ pełne zasilenie baterii tą drogą zajmuje około dwóch godzin przy wykorzystaniu stacji szybkiego ładowania.

Sytuację komplikują też zasięgi, które w przypadku standardowych aut na prąd nie przekraczają 300 kilometrów. Ten fakt połączony z długim ładowaniem komplikuje przemieszczanie się na dużych dystansach. Samochody wodorowe tankuje się szybko, a  ich zasięg sięga nawet 550 km – tyle osiąga już wdrożona do produkcji, wodorowa Toyota Mirai. W tej chwili największym mankamentem samochodów wodorowych jest brak infrastruktury umożliwiającej ich tankowanie, co jednak powinno się zmieniać w miarę wzrostu popularności aut tego typu.

W sprawie wynalazku naukowców z UMK złożono już dwa wnioski patentowe, które pozwolą na rozpoczęcie jego wdrażania. W tym celu powołano również powiązaną z Uniwersytetem spółkę typu spin-off. Te działania mają pomóc w pozyskaniu funduszy do budowy prototypu urządzeń do pozyskiwania węgla aktywnego o zwiększonej zawartości azotu, co w dalszej perspektywie umożliwi komercjalizację pomysłu toruńskich badaczy.