H2Tech LAB – na PG powstaje laboratorium technologii wodorowych

Budowa innowacyjnej instalacji wodorowej, nowy prototyp elektrolizera i alternatywne metody przechowywania i transportu wodoru – to główne obszary badań, które będą realizowane w tworzonym właśnie na Politechnice Gdańskiej międzywydziałowym laboratorium H2Tech LAB „Laboratory of Hydrogen Technologies”.

Laboratorium powstanie w efekcie integracji istniejącej infrastruktury B+R jaką jest Laboratorium Linte^2 oraz nowych infrastruktur rozwijanych w ramach trzech niezależnych projektów:

• “Gdańsk Tech Hydrogen -  based energy Storage Testbed” (Gdańsk Tech HEST) realizowany pod kierownictwem prof. Roberta Małkowskiego z Wydziału Elektrotechniki i Automatyki
• “Gdańsk Tech scalable and efficient electrolysis stack prototype” – realizowany pod kierownictwem prof. Sebastiana Molina z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki
• “Gdańsk Tech Hydrogen transport and storage in chemical compounds” – realizowany pod kierownictwem prof. Jacka Gębickiego z Wydziału Chemicznego we współpracy z Wydziałem Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej.

Projekty doskonale wpisują się w unijne i polskie strategie wodorowe, które przewidują, że odnawialny wodór odegra kluczową rolę w dekarbonizacji sektorów przemysłowych i energetycznych. Wyniki projektów stworzą także istotne wsparcie dla prac B+R w zakresie technologii wodorowych realizowanych na PG. Pozwolą na intensyfikację współpracy naukowej oraz B+R  i wsparcie rozwoju kadry naukowej. H2Tech LAB bez wątpienia zwiększy widoczność kompetencji wodorowych PG w przestrzeni publicznej.

Wytwarzanie wodoru, prototypy i testy dla przemysłu

– Głównym celem projektu Gdańsk Tech HEST jest budowa innowacyjnej instalacji wodorowej do celów B+R. Odnawialny wodór będzie produkowany przez przemysłowe elektrolizery zasilane odnawialną energią elektryczną, która jest generowana w elektrowni fotowoltaicznej w Laboratorium LINTE^2. Wodór będzie wykorzystywany przez inne moduły H2Tech LAB, a także przez klientów przemysłowych. Ważną częścią projektu będzie również rozwój usług badawczych w zakresie testowania i diagnostyki wodorowych ogniw paliwowych. Oczekuje się, że usługa będzie bardzo atrakcyjna dla potencjalnych partnerów przemysłowych – podkreśla prof. Robert Małkowski.

Drugi z projektów prowadzony pod kierownictwem prof. Sebastiana Molina zakłada opracowanie prototypu stosu elektrolizera o mocy powyżej 1000 W do wydajnego wytwarzania wodoru z wody, w szczególności z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. Urządzenie skonstruowane zostanie z wykorzystaniem dostępnych komercyjnie nowoczesnych membran przy zastosowaniu nanomateriałów elektrodowych opracowanych w Laboratorium Materiałów Funkcjonalnych WETI. Nowe materiały elektrodowe nie zawierają drogich pierwiastków z grupy platyny, co umożliwi obniżenie kosztów urządzeń. Modułowa konstrukcja elektrolizera umożliwi skalowanie mocy systemu poprzez zwiększenie ilości ogniw lub połączenie wielu urządzeń. Stworzony prototyp będzie gotową platformą do zastosowania w systemach elektrolizy np. w magazynach energii. Wytworzony wodór będzie można przechowywać w zbiornikach ciśnieniowych i sprawdzać warunki pracy przy zmiennych źródłach zasilania.

Magazynowanie i transport wodoru 

Chociaż niskoemisyjność i wysoka wydajność energetyczna powodują, że wodór jest atrakcyjnym paliwem, to ma on również niekorzystne właściwości fizykochemiczne: wysoka dyfuzyjność, korozyjność i wybuchowość. Klasycznie wodór magazynuje się w butlach stalowych pod ciśnieniem rzędu 200 atm, możliwe jest też jego przechowywanie i transport w zbiornikach kompozytowych w ciśnieniach nawet do 700 atm. Jednak jest to rozwiązanie niezwykle drogie. Druga możliwość to obniżenie temperatury do kilku stopni kelwina, by uzyskać wodór w postaci ciekłej. W takim stanie skupienia gaz przechowuje się w tzw. naczyniu Dewara (czyli w zasadzie w specyficznym termosie) z odpowiednią izolacją zapobiegającą szybkiemu wyparowaniu. Jednak ciekły wodór cały czas wrze i zachodzi potrzeba odprowadzania uwalnianego wciąż gazu. Obydwa rozwiązania są kłopotliwe.

– Alternatywą dla przechowywania i transportu wodoru w postaci sprężonej może być magazynowanie go w pewnych rodzajach związków chemicznych – mówi prof. Jacek Gębicki dyrektor Centrum Technologii Wodorowych na PG – Takich związków jest dużo, ale w tym projekcie będziemy używać powszechnie znanego metanolu, który jest bardzo często wykorzystywany w różnych procesach petrochemicznych. Metanol jest, kolokwialnie mówiąc, bezpiecznym magazynem dla wodoru i substancją znacznie bezpieczniejszą do przewożenia, ponieważ jest to ciecz. Również proces odzyskiwania wodoru z metanolu nie jest skomplikowany.

W laboratorium H2Tech Lab będzie odbywał się proces syntezy metanolu z wykorzystaniem odpadowego dwutlenku węgla oraz proces odwrotny – odzyskiwania wodoru przez reforming parowy.

– W obu tych procesach potrzebne są specjalne katalizatory – tłumaczy prof. Gębicki – Na bazie wcześniejszych doświadczeń chcemy zaprojektować modyfikację dostępnych i używanych już katalizatorów, tak aby zostały obniżone parametry procesowe. Synteza metanolu odbywa się w temperaturze poniżej 300 stopni i około 60-70 barów, natomiast dzięki zastosowaniu nowego typu katalizatorów wartości te zostaną wyraźnie zredukowanie. Zmniejszy to koszty energetyczne całego procesu i zwiększy nie tylko opłacalność technologii, ale również jej pro-środowiskowy charakter.

Wpływ H2Tech LAB na otoczenie gospodarcze

Poza stworzeniem szerokich możliwości badawczych H2Tech LAB pozwoli też na prowadzenie testów rozwiązań komercyjnych. Możliwe będą testy zarówno poszczególnych elementów jak i kompleksowych rozwiązań opartych na technologii wodorowej np. magazynów energii. H2Tech LAB będzie też ważnym, praktycznym elementem w procesie kształcenia specjalistycznej kadry. Nasi absolwenci będą mieli szansę stać się specjalistami we wdrażaniu technologii wodorowych w różnych sektorach przemysłu – mówi prof. Robert Małkowski.

Realizacja wszystkich trzech projektów i powstanie laboratorium przewidywana jest na dwa lata.