Vetyä nyhjäistään melkein tyhjästä
Vedyllä saataisiin ajoneuvot liikkumaan ja talot lämpenemään saasteettomasti, mutta sitä on vaikea valmistaa. Uusi laite mahdollistaa sen tuottamisen helposti ilmasta. Läpimurto avaa uusia näköaloja vetytalouteen.
Laboratorion pöydällä oleva pieni tuuliturbiini pyörii vinhasti.
Generaattorin tuottama sähkö virtaa sienen läpi, ja vesi alkaa kuplia erikoisen laitteen vieressä olevassa altaassa.
Koska kuplat saa aikaan vety, järjestelmää on luonnehdittu sensaatioksi – onhan vety lähtenyt melkein tyhjästä eli tavallisesta ilmasta.
Vedystä odotetaan tulevaisuuden tärkeintä puhdasta polttoainetta. Tähän asti kaasua on jouduttu valmistamaan vedestä hitaalla ja kalliilla menetelmällä.
Jos mullistava keksintö osoittautuu toimivaksi myös laboratorion ulkopuolella, vetytaloudesta tulee entistä realistisempi vaihtoehto.
Menetelmällä voisi olla mahdollista tuottaa vetyä kaikkialla – jopa rutikuivilla aavikoilla.
Mahdollisuudet eivät lopu kuitenkaan tähän. Yllättävän yksinkertaisella laitteella saatetaan jonain päivänä valmistaa vetyä myös avaruudessa.
Vety puhdistaa polttoa
Vety on avainasemassa maailmanlaajuisessa vihreässä siirtymässä puhtaana polttoaineena, jolla on hyvä energiatiheys. Vety sopii paitsi ajoneuvojen liikuttamiseen myös rakennusten lämmittämiseen.
Vuonna 2021 polttokennoauto Toyota Mirai teki maailmanennätyksen ajamalla 1 360 kilometriä tankillisella eli 5,7 kilolla vetyä.
Vety voi olla tulevaisuudessa myös merenkulun polttoaine.
Energy Observer -alus kulkee vedyllä, joka valmistetaan kannen aurinkopaneelien tuottamalla sähköllä.
Vetyä poltettaessa ei synny myöskään hiilipäästöjä.
Vedyn polton ainoa lopputuote on vesihöyry.
Vetyä on kaikkialla
Vaikka vety on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine, sitä ei juuri esiinny maapallolla sellaisenaan. Vetyä on paljon erilaisissa yhdisteissä, kuten vedessä (H2O), joka koostuu vedystä ja hapesta.
Merissä, järvissä ja joissa piilee siis runsaasti vetyä, mutta sitä ei saada erotetuksi vedestä noin vain.
Pintavedestä 97 prosenttia on suolaista, ja suolasta on haittaa elektrolyysiksi kutsutulle menetelmälle, jossa vesi hajotetaan sähkövirran avulla vedyksi ja hapeksi.
Suolan kloridi-ionit sitoutuvat elektrolyysilaitteen toiseen elektrodiin ja vahingoittavat sitä korroosioksi kutsutulla syöpymisprosessilla.
Siksi on etsitty hyviä vaihtoehtoja. Asiaa pohtinut australialainen tutkimusryhmä keksi selvittää mahdollisuuksia saada vetyä ilmasta.
Kuivakin ilma sisältää vettä
Meret, järvet ja joet eivät ole suinkaan ainoita vedyn lähteitä. Usein unohdetaan, että ilmakehä on valtava vesivarasto.
Maata ympäröivässä ilmassa on aina noin 12 900 miljardia tonnia vettä, eikä ilma sisällä vettä vain siellä, missä sataa usein. Esimerkiksi Pohjois-Afrikassa pääosin savannista koostuvalla Sahelin alueella suhteellinen ilmankosteus on parikymmentä prosenttia.
Kosteassa ilmassa on tietenkin vetyä, joka voidaan saada hyötykäyttöön teknisellä apuvälineellä.
Ilmakehä sisältää runsaasti vetyä
Ilmassa on aina vettä myös kuivimmilla seuduilla. Ilmakehän vesi on mahdollinen vedyn lähde, jos tarjolla on energiaa, jolla sitä voidaan valmistaa. Monilla kuivuudesta kärsivillä alueilla olosuhteet suosivat aurinko- ja tuulisähkön tuottamista (punainen). Toisin sanoen kuivilla, aurinkoisilla ja tuulisilla maanosilla saattaa olla parhaat edellytykset tuottaa uusiutuvaa energiaa.
Melbournen yliopiston tutkijat alkoivat kehittää idean pohjalta uudenlaista vedyntalteenottomenetelmää.
Tavoitteena oli suunnitella laite, jolla voidaan valmistaa vetyä keskellä aavikkoa.
Vihreä sähkö hajottaa vettä
Vedyn valmistaminen aavikolla vaatii kahta asiaa: ilmasta talteen otettavaa vettä ja sähköä, jolla vesi voidaan hajottaa vedyksi (H2) ja hapeksi (O2).
Yleisin menetelmä erottaa veden tiukasti toisiinsa sitoutuneet osat toisistaan on elektrolyysi.
Elektrolyysi kuluttaa normaalisti paljon energiaa. Koska energialähteinä käytetään tavallisesti maakaasua ja kivihiiltä, vedyn tuotanto aiheuttaa suuret hiilidioksidipäästöt.
Melbournen yliopiston tutkijat soveltavat elektrolyysimenetelmää eri tavalla. Heidän laboratoriossaan pyörivä tuuliturbiini, jonka roottorin halkaisija on vain noin 25 senttiä, on yhdistetty ilmasta jatkuvasti vettä imevään, rikkihappoa sisältävään sieneen.
Generaattorin tuottama sähkö johdetaan elektrolyysilaitteeseen, jossa vety ja happi liikkuvat omille elektrodeilleen kennossa.
Prosessissa syntyvästä vedystä muodostuu kuplia pieneen altaaseen.
Rikkisieni on järjestelmän ydin
1. Sieni imee itseensä vettä ilmasta
Koska materiaali on huokoista, pinta-ala kasvaa suureksi. Siksi vesi imeytyy sieneen tehokkaasti. Sienen sisältämä rikkihappo (H2SO4) sitoo ilmassa olevaa vesihöyryä ja auttaa hajottamaan vettä.
2. Tuulivoimala tuottaa sähköä
Tuuliturbiinin pyörittämä sähkögeneraattori yhdistetään ilmasta vettä imevää sientä ympäröivän elektrolyysilaitteen positiiviseen ja negatiiviseen elektrodiin. Negatiivisesti varautuneet elektronit liikkuvat sähkövirtana sienen läpi.
3. Sähkö irrottaa vedyn hapesta
Positiivisesti varautuneet vetyionit (H+) kulkevat ylhäällä olevaan negatiivisesti varautuneeseen elektrodiin ja yhtyvät tavallisiksi vetymolekyyleiksi (H2). Happi-ionit (O2-) kulkevat alhaalla olevaan positiivisesti varautuneeseen elektrodiin.
Uuden vedyntuotantomenetelmän keksijät ovat onnistuneet valmistamaan vetyä ilmasta, jonka suhteellinen kosteus on ollut vain neljä prosenttia. Siksi laitetta voidaan käyttää myös kaikkein kuivimmilla seuduilla.
Melbournen yliopiston tutkijat uskovat keksintönsä voivan pienentää ilmastolle ja luonnolle haitallisten energialähteiden tarvetta kaikkialla.
Vetykuplia tuulivoimalla
Australialaisen Melbournen yliopiston tutkijat valmistavat vetyä esittelyvideossa tuulisähköllä. Yhtä hyvin sähkö voitaisiin tuottaa aurinkopaneeleilla.
Koelaitteella on onnistuttu valmistamaan vetyä noin 745 litraa vuorokaudessa. Tutkijoiden mukaan tämä määrä vastaa yhden kotitalouden päivittäistä energiankulutusta.
Uutta vedyntuotantomenetelmää voidaan soveltaa myös maapallon ulkopuolella. Vetyä ja happea on vanhastaan käytetty raketeissa, ja laitteella on mahdollista valmistaa niiden polttoainetta.
Laite saattaa toimia myös muilla planeetoilla. Sen käyttökelpoisuuteen vaikuttavat paitsi veden saatavuus myös tuuli- ja aurinko-olosuhteet.
Jos vieraalla taivaankappaleella on kaasukehä, jossa esiintyy edes vähän vesihöyryä niin kuin Marsissa, laitteella pystytään ainakin teoriassa täyttämään miehitetyn avaruusaluksen polttoainesäiliöt.
Pieni protyyppi sienineen ja tuulivoimaloineen avaa huikeita tulevaisuuden näköaloja: ehkä siitä kasvaa vielä jotain, mikä auttaa avaruuslentäjiä palaamaan Maahan vieraalta planeetalta.