Richland, Washington - Vědcům se podařilo vytvořit materiál schopný rychle a levně produkovat plynný vodík, "palivo budoucnosti".
Inspirovali se v přírodě. Nová metoda ale svoji předlohu - bílkovinu - v rychlosti dokonce desetkrát předstihuje.
Výsledky práce týmu z Centra pro molekulární elektrokatalýzu na Pacific Northwest National Laboratory představil prestižní časopis Science.
A proč je tento objev tak důležitý?
Nová metoda otevírá cestu k levnému a účinnému skladování elektrické energie ve formě vodíkových palivových článků. Využít se dá zejména v případě nestálých zdrojů energie.
Když nesvítí ani nefouká
Elektrickou energii, získanou třeba ze sluneční elektrárny nebo jiného alternativního zdroje energie, je potřeba uskladnit pro případ, kdy není daný zdroj - tedy sluneční paprsky či například vítr - k dispozici.
Obvykle se elektrická energie uskladňuje v bateriích. Jelikož ale elektřina není v podstatě nic jiného než elektrony, nabízí se možnost uložit ji ve formě nějaké chemické vazby, což by bylo mnohem účinnější.
Jednou z nabízených možností je její "uskladnění" do vazby mezi atomy vodíku. Proto se výzkumníci zaměřili na jeden z kroků řetězce dějů mezi rozštěpením vody a výrobou plynného vodíku.
Co je to katalyzátor?
Jedná se o látku, která se účastní chemické reakce, ale na jejím konci zůstává nezměněna.
Může ovlivňovat jak rychlost reakce, tak i její směr či výsledný produkt.
Jak to funguje?
Původní bakteriální enzymy využívají - jako katalyzátory - poměrně běžné kovy. V současnosti se však u průmyslově vyráběných katalyzátorů využívá drahých kovů, jako je například platina.
Nově zveřejněná práce mimo jiné ukazuje, že tuto úlohu je schopný zastat i právě třeba o mnoho levnější nikl.
Na niklovém "jádře" jsou "pověšeny" aminové skupiny (odvozeno od molekuly amoniaku, čpavku obsahujícího atom dusíku). Ty mají sloužit k lapení protonu a jeho přitáhnutí do blízkosti niklu, na němž je navázán záporně nabitý iont vodíku (obsahující jeden elektron navíc).
Opačně nabité vodíky se přitáhnou k sobě a vytváří dohromady vodíkovou molekulu.
Méně je někdy více
Zpočátku, v duchu hesla "čím více, tím lépe", navěsili vědci kolem jádra hned několik aminových skupin. To se ukázalo jako nevhodná strategie, protože výsledný katalyzátor příliš rychlý nebyl.
Po postupném "osekání" několika těchto skupin a otestování rychlosti výsledné molekuly byly výsledky více než překvapující - za sekundu vzniklo 33 tisíc molekul plynu.
Původní výkon bílkoviny, kterou se výzkumníci nechali inspirovat, byl oproti tomu deset tisíc. A to se jednalo o výkon v nevodném prostředí - po přidání vody běžela reakce dokonce rychlostí asi sta tisíc nově vytvořených molekul vodíku za sekundu.
Jediné "ale"
Objevil se však poměrně významný problém - i přes obrovskou rychlost je tento systém poměrně neúčinný. Na to, aby byl použitelný v praxi, totiž spotřebovává příliš mnoho elektřiny.
Další výzkum se tedy zaměří na zvýšení efektivity katalyzátoru. Zároveň je v plánu vytvoření katalyzátoru schopného, kromě samotné tvorby vodíku, také rozdělit molekulu vody.
