Syntetická molekula štěpí vodík a vyrábí elektřinu

19.02. 15:18 | Autor: Radek John

Montáž vodíkového článku v německé energetické laboratoři.

Chemikové vymysleli katalyzátor, který by mohl nahradit v palivových článcích drahou platinu. Místo ní využívá zhruba dvě stě tisíckrát levnější železo. Je inspirovaný enzymem hydrogenázou.

Palivové články mění chemickou energii na elektrickou. Elektrony v různých molekulách mají různé energie. Rozdíl energií při přeměně jedné molekuly na jinou se dá použít jako energetický zdroj. Stačí najít reakci, při níž elektrony přechází z vyšší hladiny na nižší. Takové reakce jsou hlavní zdroj energie pro živé organizmy. Nejznámější je dýchání, při němž se mění cukry na oxid uhličitý a vodu. Ve vodíkovém palivovém článku se dvouatomové molekuly vodíku slučují s kyslíkem na vodu.

Energetický rozdíl mezi elektrony ve vodíku a ve vodě se používá k výrobě elektřiny. Vodíkové články se v současnosti asi nejvíc využívají k pohonu automobilů. Jejich masovému rozšíření brání mimo jiné i drobný háček.

Aby energeticky bohatá reakce probíhala, je potřeba katalyzátor. Katalyzátory jsou molekuly, které zvyšují pravděpodobnost, že k nějaké reakci dojde. Bez katalyzátoru by mohla probíhat taky, ale méně často nebo pomaleji. Ve vodíkových článcích se jako katalyzátor používá vzácná platina.

Místo enzymu

Stejná reakce jako ve vodíkových článcích probíhá i v živých buňkách. Ty používají jako katalyzátor enzym hydrogenázu. Enzymy jsou poměrně velké molekuly, složené z aminokyselin, které se dají vzájemně kombinovat jako kostky Lega. Každý enzym má takzvané aktivní místo, v němž probíhá reakce, kterou má urychlovat. V aktivním místě často bývají i jiné molekuly než aminokyseliny. V případě hydrogenázy je to železo.

Skupině chemiků, vedené Morrisem Bullockem z Pacifické laboratoře amerického ministerstva energetiky, se povedlo rekci v aktivním místě hydrogenázy napodobit. V časopise Nature Chemistry píšou o syntetické molekule, která zvládá štěpení vodíkových molekul. Stejně jako enzym hydrogenáza si vystačí místo platiny s železem.

Dokáže rozštěpit 0,66 až 2 molekuly vodíku za sekundu. Rozdíl napětí, který při ní vzniká, se pohybuje okolo 160 až 220 tisícin Voltu. Obojí je srovnatelné se současnými platinovými katalyzátory, které se používají ve vodíkových článcích. Reakce probíhá za pokojové teploty.

Vyplatí se to?

Podle serveru WolframAlpha stojí dnes jeden kilogram platiny zhruba 103 600 korun. Jeden kilogram železa stojí 0,5 koruny (Ačkoliv ve sběrně ho od vás asi koupí za víc.). Železo je tedy je dvě stě tisíckrát levnější než platina. Palivové články by tak mohly v budoucnu zlevnit. Drahá platina není jediný důvod, proč se je zatím nevyplatí používat, aspoň ne ve velkém měřítku.Výroba vodíku paliva je drahá rovněž.. Manipulace s ním náročná a nebezpečná.

Pokud by se měly vodíkové články hromadně používat k pohonu automobilů, musela by vzniknout obdobná infrastruktura, jaká dnes provází pohon na benzín a naftu. K výrobě elektromotorů, na něž auta poháněná vodíkovými články jezdí, je navíc potřeba měď. Ta taky není levná. Přesto to neznamená, že by palivové články byly k ničemu. Až jednou dojde ropa, možná nám nezbyde nic jiného než jezdit na vodík.

Foto: ČTK

Autor: Radek John