Na pohybu se zelenými vodík

Indické železnice nedávno oznámily, že vlak poháněný vodíkem, vyvinutý v továrně Integral Coach v Chennai, má Úspěšně dokončily všechny testy. Toto je vítaná známka pokroku pro Národní misi pro zelené vodíky, jehož cílem je vyrobit do roku 2070 nejméně pět milionů metrických tun zeleného vodíku ročně, což je milník na cestě k dosažení celostátních čistých nulových emisí do roku 2070.

Vlak bude brzy přepravovat cestující mezi Jind a Sonipat na 89 km trase v Haryaně. Tento projekt se bude spoléhat na vodík produkovaný v Jindu pomocí elektrolytového elektrolytového elektrolyteru 1-MW, který každý den produkuje 430 kg vodíku. Vodík doplní palivové nádrže ve vlaku, kde palivové články převedou vodík na elektřinu, která provozuje elektrické motory vlaku.

Princip je docela jednoduchý. Elektrolyzátor rozdělí molekulu vody na kyslík, protony a elektrony. Při elektrochemické reakci na negativní elektrodě (nazývané anoda) se uvolňuje molekulární kyslík a osvobozené elektrony jsou prováděny do katody přes externí obvod. Membrána polymerního elektrolytu mezi katodou a anodou je selektivní a umožňuje pouze protony procházet do katody, kde se spojují s elektrony za vzniku molekul vodíku. Tyto stoupají jako plyn a jsou shromažďovány, komprimované a uloženy. Membrána, obvykle fluoropolymer, jako je Nafion (související s teflonem), je vynikající izolátor a elektrony neprocházejí. Vytvořený vodík a kyslík jsou jasně odděleny.

V lokomotivě, stejně jako v automobilu poháněném vodíkem, je výše uvedená reakce obrácena v palivovém článku vodíku. Vodík je přinesen do anody, kde je každá molekula katalyticky rozdělena na dva protony a dva elektrony. Protony procházejí membránou na katodu, kde se setkávají s kyslíkem ve vzduchu a elektrony, které jsou přineseny externím obvodem z anody. Vytvoří se voda. Elektrony protékající externím obvodu tvoří elektrický proud, který pohání lokomotivu.

Mezi chemickými reakcemi v palivovém článku a v elektrolyseru existuje klíčový rozdíl. Chemie mezi vodíkem a kyslíkem je spontánní, reakce, která se stane. Voda se však samo o sobě nerozdělí. Pro tuto elektrochemickou reakci musí být dodán elektrický proud.

Pro výrobu zeleného vodíku musí elektřina pro elektrolysery pocházet z obnovitelných zdrojů, jako jsou solární panely nebo větrné turbíny. K splnění cílů Národní mise Green Green Green Green Green Green Green Hydrogen Mission budou zapotřebí nové zdroje obnovitelné energie. Rovněž jsou probíhají vzrušující pokusy o výrobu vodíku v mikrobiálních elektrolytických buňkách, kde elektrochemicky aktivní mikroby rostou na anodách a oxidují organickou hmotu – zemědělské zbytky, dokonce i odpadní vody – a předávají elektrony generované do anody (Současná vědaVol. 128, str. 133, 2025).

Kroky katalýzy vyžadují drahé materiály, jako je platina, iridium atd. Probíhající výzkum je zaměřen na jejich nahrazení levným niklem, kobaltem nebo dokonce železem. V rané práci na levné výrobě vodíku skupina CNR Rao v centru Jawaharlal Nehru pro pokročilý vědecký výzkum navrhl hydroxid-grafitové elektrody nikl-nickel s schopností rozdělování vody srovnatelné s elektrody platinové (Proc. Natl. Acad. Sci., USAVol. 114, 2017). Kombinace takového vývoje se slunečními a procesy řízenými mikrobem může produkovat palivo, které je zelené i levné.

Článek byl napsán ve spolupráci se sushil chandani sushilchandani@gmail.com