Informowaliśmy w ub. roku o wynalazku z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu „3D róże grafenowe” autorstwa dr. Piotra Kamedulskiego, mgr. Wojciecha Zielińskiego i prof. dr hab. Jerzego P. Łukaszewicza nagrodzonym w konkursie „Eureka! DGP – Odkrywamy Polskie Wynalazki”. Ci sami autorzy wchodzą w skład zespołu, który odniósł sukces na Targach INTARG 2022 w Katowicach za kolejne rozwiązania angażujące grafen do przedsięwzięć o przełomowym znaczeniu gospodarczym.
Rokują nadzieje na budowę urządzeń magazynujących energię, mogą też znaleźć zastosowanie także w panelach słonecznych. Naukowcy opracowali innowacyjną metodę ich pozyskiwania. Był to efektowny początek dalszych badań nad technologiami „grafenowymi”.
Piana wielkich nadziei
W Katowicach natomiast wystawili „Piany grafenowe domieszkowane heteroatomami do zastosowań elektrodowych w bateriach metal-powietrze” autorzy: mgr Małgorzata Skorupska, dr Anna Ilnicka, prof. dr hab. Jerzy P. Łukaszewicz. Piany grafenowe są obecnie przedmiotem gorączkowych badań na całym świecie, gdyż mogą rozwiązać problem magazynowania energii elektrycznej. Np. wynalazcy z Instytutu Nauki i Technologii w Korei zbudowali superkondensator wysokiej wydajności z grafenu, który przechowywać będzie prawie tyle samo energii co bateria litowo-jonowa. Będzie mógł ładować i rozładować się w kilka sekund i utrzymać sprawność przez wiele dziesiątek tysięcy cykli ładowania. Było to możliwe dzięki metodzie uzyskania porowatej wersji grafenu. Jeden gram tego materiału ma powierzchnię większą niż boisko do koszykówki, może mieć ogromną pojemność elektryczną. Wyeliminowanie litu i innych rzadkich pierwiastków z akumulatorów do zasilania komórek czy napędów samochodów elektrycznych, a zwłaszcza ułatwienia w magazynowaniu energii OZE na dużą skalę otwierają przed energetyką nowe możliwości.
Wynalazek z UMK dotyczy materiałów węglowych przyjaznych dla środowiska oraz łatwych w recyklingu i utylizacji, bazujących na pianach grafenowych zawierających heteroatomy azotu. Proponowane materiały mogą być wykorzystywane jako efektywnie działające elektrody dla baterii typu metal-powietrze. Cechą jest wysoka wydajność i niskie koszty syntezy, a użyte surowce są przyjazne środowisku. Naturalnymi prekursorami azotu są tu takie substancje jak żelatyna czy chitozan. Aktywność katalityczna pian grafenowych domieszkowanych azotem w reakcji redukcji tlenu ORR jest porównywalna z materiałami komercyjnymi dostępnymi na rynku bazującymi na platynie.
Będzie zielony wodór
Nie mniej ciekawe są „Elektrokatalizatory na bazie grafenu dla technologii rozszczepienia wody – efektywnej metody produkcji zielonego wodoru” zespołu: dr Anna Ilnicka, mgr Małgorzata Skorupska, dr inż. Mariusz Szkoda, lic. Magdalena Tyc, lic. Kinga Kowalska, prof. dr hab. Jerzy P. Łukaszewicz.
Wynalazek i jego rezultaty mają na celu wniesienie istotnego wkładu w rozwiązanie światowego problemu ochrony środowiska przez tanią technologię produkcji „zielonego” wodoru, który stanowi bardzo obiecujące źródło energii m.in. dla transportu i przemysłu. Obecnie w Polsce wytwarza się wodór o wartości energetycznej ok. 30 TWh, nie bez obciążenia środowiska emisją CO2 w technologii reformingu parowego. Program państwowy przewiduje 100 TWh w 2040 r. Ale to musi być wodór „zielony” i opłacalny. Poza elektroenergetyką (napędy turbin gazowych oraz ogniwa paliwowe) wodór będzie używany jako dodatek do gazu opałowego. Obecne sieci gazowe są do wodoru nieprzystosowane, ale trwa projekt badawczy power-to-gas w Odolanowie.
Głównym elementem nowatorstwa prac badawczych w ramach proponowanego rozwiązania, było opracowanie i upowszechnienie innowacyjnych strategii syntezy materiałów węglowych w obszarach obejmujących nowe materiały hybrydowe oraz zastosowanie tlenków metali również typu perowskit do wytwarzania hybryd tlenek metalu-grafen o wysokiej aktywności katalitycznej. Zaproponowane nowe hybrydowe katalizatory wykorzystano w reakcji elektrolizy wody, której kluczowym produktem jest zielony wodór. Produkowany z zielonych źródeł energii lub technologii niskoemisyjnych stanowi obiecującą przyszłość dla wielosektorowej dekarbonizacji. Wykorzystanie zielonego wodoru przyczyni się do osiągnięcia celu Porozumienia Paryskiego, jakim jest stworzenie do 2050 r. społeczeństwa neutralnego klimatycznie w branżach, takich jak: transport, energia elektryczna, budownictwo mieszkaniowe, rolnictwo, gospodarka morska i przemysł wytwórczy. Niniejsze prace zostały przeprowadzone w ramach projektu badawczego nr NOR/SGS/ILHYDROGEN/0202/2020-00 finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.
jaz
Róża grafenowa
