Zelený vodík je bezesporu jedním z největších příslibů pro energetiku budoucnosti, nicméně jeho efektivní výroba naráží na zásadní překážky. Nejúčinnější metoda, takzvaná PEM elektrolýza, totiž pro štěpení vody vyžaduje katalyzátor z iridia. Tento kov je však extrémně vzácný a drahý.
Roční světová produkce dosahuje pouhých osm tun, což je pro masivní rozvoj vodíkové ekonomiky naprosto nedostačující. Pro pokrytí globální poptávky bychom potřebovali mnohonásobně více iridia (až čtyřicetkrát), což je zjevně neudržitelné.
Vědecké kruhy již delší dobu tušily, kde by se mohlo nacházet řešení. Teoretické modely ukazovaly na „svatý grál“ v podobě takzvaného šestimocného oxidu iridia. Tato specifická a vysoce energetická forma vzácného kovu měla být nejen mnohem aktivnější, ale i výrazně stabilnější v agresivním prostředí elektrolyzéru. Byl zde však jeden ryze praktický problém – nikdo tento materiál doposud nedokázal spolehlivě připravit.
Japonci na to kápli
Tým vědců japonského výzkumného centra RIKEN se rozhodl experimentovat se zcela běžným a levným oxidem manganičitým (MnO₂). Ten v jejich procesu fungoval jako chemický pomocník, který „přinutil“ atomy iridia, aby přešly do onoho vzácného a vysoce aktivního šestimocného stavu. Tím se konečně podařilo laboratorně připravit materiál, o kterém se dosud jen teoretizovalo.
Mangan snižuje spotřebu iridia a 10× zvyšuje výrobu vodíku
Klíčem k úspěchu byla úprava vnitřní krystalové struktury. Vědci zjistili, že pokud v mřížce manganového oxidu zvýší podíl takzvaného „plánárního kyslíku“, výrazně tím posílí stabilitu celého katalyzátoru. Ten pak vydrží v kyselém prostředí elektrolyzéru až čtyřicetkrát déle než předchozí levné alternativy.
Výsledkem však není jen správná chemie, ale také unikátní struktura. Iridium na novém katalyzátoru netvoří neužitečné shluky, ale je takzvaně atomárně rozptýleno po povrchu manganové podložky. Můžeme si to představit tak, že každý jednotlivý atom vzácného kovu je maximálně využit pro reakci. Právě tento přístup je klíčem k radikálnímu snížení jeho potřebného množství, a to o více než 95 %.
Je to zásadní krok vpřed
Nejde ovšem jen o úsporu vzácného materiálu. Nový katalyzátor, pojmenovaný IrVI-ado, prokázal v náročných testech i mimořádnou odolnost. V nepřetržitém provozu dokázal pracovat více než 3000 hodin, tedy zhruba čtyři měsíce, a to při zachování vysoké účinnosti a bez jakékoli znatelné degradace. Jeho aktivita a stabilita, vyjádřená tzv. číslem přeměny, překonala všechny dosud známé iridiové katalyzátory.
Ačkoli se zatím nejedná o finální řešení, které by se obešlo zcela bez iridia, jde o obrovský krok vpřed. Je to jakýsi most, který nám umožňuje přejít od současné, extrémně drahé technologie k udržitelnější výrobě vodíku. Tento objev může prakticky okamžitě pomoci navýšit výrobní kapacity a dává nám reálnou naději, že se výroba vodíku ve velkém brzy stane dostupnější realitou.
Zásadní význam má i to, že nový elektrolyzér umožňuje snížit náklady na výrobu vodíku a zároveň otevírá cestu k průmyslovému nasazení. Pokud by se podařilo dosáhnout ještě vyšší proudové hustoty a prodloužit životnost na několik let, mohl by manganový katalyzátor zcela nahradit iridium a učinit zelený vodík skutečně masově dostupným.