Vesinikul on energiaüleminekus keskne roll. Gaasi toodetakse peamiselt elektrolüsaatorite abil. See protsess nõuab kriitilisi tooraineid, nagu plaatina grupi metallid, haruldased muldmetallid ja nikkel , mis toimivad katalüsaatoritena. Helmholtzi Instituudi Freibergi ressursitehnoloogia teadlased on nüüd suutnud neid funktsionaalseid materjale uuenduslike flotatsiooniprotsesside ja vedelik-vedelik osakeste ekstraheerimise abil taaskasutada, integreerides need seeläbi materjalitsüklisse. See uuring on osa BMBF-i lipulaevprojektist H2Giga, mis uurib vesinikuelektrolüsaatorite pikaealisust ja ringlussevõetavust.
Vesinikku peetakse puhtaks energiakandjaks, mis aitab kaasa CO2 heitkoguste vähendamisele. Siin keskendutakse eriti rohelisele vesinikule, mida toodetakse vee elektrolüüsi teel taastuvate energiaallikate, näiteks tuule- ja päikeseenergia abil. Vesinikku kasutatakse näiteks tööstuses toorainena kemikaalide ja terase tootmisel ning transpordisektoris kütuseelementidega sõidukite kütusena. Lisaks saab vesinikku kasutada ka taastuvatest allikatest pärit liigse energia salvestamiseks, mis teeb sellest olulise ehituskivi säästva ja kliimasõbraliku energia tuleviku jaoks. Riikliku vesinikustrateegia kohaselt peaks Saksamaa 2030. aastaks vajama 95–135 teravatt-tundi vesinikku.
Vesiniku tootmiseks on võimalikud mitmesugused protsessid – üks neist on vee elektrolüüs: selles protsessis lõhustatakse vesi elektrivoolu abil vesinikuks ja hapnikuks. Elektrolüsaatori katalüsaatorid on valmistatud kriitilistest metallidest, mida tuntakse funktsionaalsete materjalidena. Prootonvahetusmembraaniga elektrolüsaatorid (PEM-id) kasutavad peamiselt plaatina grupi metalle, nagu plaatina, iriidium ja pallaadium. Kõrgtemperatuurilised elektrolüsaatorid kasutavad haruldasi muldmetalle ja niklit. Need kriitilised toorained tuleb kindlustada. See on projekt, millega HIF-i teadlased TU Bergakademie Freibergi juhtimisel tegelevad ReNaRe projekti raames.
ReNaRe tähistab ringlussevõttu – säästvat ressursikasutust ja on osa lipulaevaprojektist H2Giga. Riikliku vesinikustrateegia elluviimiseks on föderaalne haridus- ja teadusministeerium (BMBF) loonud kolm lipulaevaprojekti Saksamaa sisenemiseks vesinikumajandusse. Üks neist on H2Giga, mis keskendub vesinikuelektrolüserite seeriatootmisele. ReNaRe keskendub elektrolüserite eluea lõpule, et tagastada kasutatud materjalid, eriti kriitilised metallid, ringlussevõtu tsüklisse.
„Tegeleme PEM-i ja kõrgtemperatuursete elektrolüsaatorite ringlussevõtuga, kuna neid on lihtne lahti võtta. Funktsionaalsete materjalide eraldamiseks kasutame ülipeente osakeste eraldamise tehnikaid. Seda seetõttu, et kriitilised anoodi- ja katoodimaterjalid esinevad peente osakestena. Nende suurus vastab umbes sajandikule inimese juuksekarvast. Vedelik-vedelate osakeste ekstraheerimine ja aglomeratsiooniflotatsioon on osutunud funktsionaalsete materjalide eraldamiseks sobivaks. Ülipeente osakeste ekstraheerimisel kasutatakse säästvat lahusti-vee tsirkulatsioonisüsteemi, et tõhusalt eraldada hüdrofoobsed, st vetthülgavad, katoodkatalüsaatorid hüdrofiilsetest (vett ligitõmbavatest) anoodkatalüsaatoritest. Täiendav aglomeratsiooniflotatsioon kasutab uuenduslikku ja säästvat hüdrofoobset sideainet, et võimaldada osakeste aglomeratsiooni ühtlaseks massiks. Sideaine põhineb spetsiaalsel emulsioontehnoloogial, st väga kõrge veesisaldusega õli-vee segul, mis aglomeerib ülipeened osakesed selektiivselt. See võimaldab hüdrofiilsete peente osakeste eraldamist gaasimullide külge kleepumise ja nende vahus vabastamise teel,“ selgitab HIF-i doktorant Sohyun Ahn protseduuri kirjeldades. "Mõlema protsessi abil suutsime taaskasutada kuni 90 protsenti kriitilistest funktsionaalsetest materjalidest ja suunata need ringlussevõtu tsüklisse. See on oluline samm vesinikelektrolüüsi ökonoomse ja jätkusuutliku käitamise suunas."
Projektis töötavad teadlased välja sobiva protsessiskeemi, mis võimaldab ringlussevõttu tehnilises ulatuses ning on kohandatav praeguste ja tulevaste tehnoloogiliste arengutega. Lisaks viiakse läbi tehnoloogiahindamisi elutsükli analüüside ja tehnoloogilis-majanduslike analüüside vormis, et kvantitatiivselt jäädvustada ringlussevõtu eeliseid jätkusuutlikkuse ja kulutõhususe seisukohast.
Algne väljaanne en
S. Ahn, SA Patil, M. Rudolph: Ülipeente osakeste ringlussevõtt - hüdrofoobse topeltemulsiooni tehnika efektiivsus ülipeente katoodkatalüsaatori osakeste selektiivseks aglomereerimiseks ja vahustamiseks PEM-veeelektrolüüserites, ACS Engineering, 2025 (DOI: 10.1021/acsengineeringau.4c00042)
S. Ahn, SA Patil, M. Rudolph: Pindaktiivsete ainete mõju peente kõrgtemperatuursete elektrolüüseri aktiivmaterjalide selektiivsele mehaanilisele eraldamisele, mis aitab kaasa ringmajandusele, Industrial Chemistry & Materials, 2024 (DOI: 10.1039/D4IM00044G)
S. Ahn, M. Rudolph: Peenete osakeste mehaanilise eraldusprotsesside väljatöötamine tüüpiliste katalüsaatormaterjalidega PEM-veeelektrolüüserite ringlussevõtuks, kasutades ära nende märgamisomadusi, ajakirjas ChemCatChem, 2024 (DOI: 10.1002/cctc.202300931)
Loe ka
Haruldased muldmetallid: esimesed konkreetsed sammud ringmajanduse suunas | Pugnalom
Teadlastel õnnestus toota "rohelist" niklit | Pugnalom
