Vedyn varastointi muurahaishappona

Vetyä pidetään kiinnostavana polttoaineena, koska se voidaan tehokkaasti muuntaa energiaksi ilman että muodostuu myrkyllisiä yhdisteitä tai kasvihuonekaasuja. Vetypolttoaineen ongelmakohtia ovat sen varastointi ja kuljetus.

Tietynlaisten katalyyttien avulla vety voidaan yhdistää hiilidioksidin kanssa, jolloin muodostuu muurahaishappoa. Nyt on kehitetty katalyytti, joka soveltuu käytettäväksi vesiliuoksessa, huoneenlämmössä ja normaalipaineessa. Reaktio on reversiibeli ja reaktion suunnan määrää liuoksen happamuus. Kun vetyä halutaan käyttää esimerkiksi polttokennoissa käännetään vain katalyytin ”pH-kytkintä” ja reaktio muuttuu käänteiseksi. Nestemäistä muurahaishappoa voidaan käyttää myös suoraan muurahaishappopolttokennoissa.

Muurahaishappo vetyvarastona
Katalyytti voi olla protonoidussa ja protonoitumattomassa muodossaan. Katalyytti muuntaa NTP-olosuhteissa reversiibelisti vety- ja hiilidioksidikaasun nestemäiseksi muurahaishapoksi tai päinvastoin. Näin ollen kaasut voidaan kuljettaa nestemäisessä muodossa ja myöhemmin käyttää helposti hiilineutraaleissa energiasovelluksissa säätämällä vain pH:ta.

Lähde: Brookhaven National Laboratory (http://www.bnl.gov/)

Aurinkosähkön varastointi kemiallisena energiana

Maailman laajuinen energiankulutus tulee vähintään kaksinkertaistumaan seuraavan vuosisadan aikana. Tänä päivänä 80% käytetystä energiasta on tuotettu fossiilisista polttoaineista. Ihmisperäisen ilmastonmuutoksen rajoittamiseksi onkin tärkeää siirtyä fossiilisista energiasta kohti aurinkopohjaisia järjestelmiä. Tällaisessa energiantuotannossa on suuri merkitys tehokkaalla energian varastoinnilla, jolla ratkaistaan energiamuotoon liittyvät epäsäännöllisyystekijät. Aurinkoenergia voidaan varastoida kemiallisena energiana, mistä ensimmäisenä tulee mieleen veden hajottaminen aurinkosähköllä elektrolyysin avulla vedyksi. Valitettavasti vedyn kuljetukseen ja varastointiin liittyy suuria ongelmia. Alkoholeilla ja nestemäisillä hiilivedyillä ei ole vastaavia ongelmia. Erityisesti nestemäiset hiilivedyt soveltuvat aurinkopolttoaineeksi niiden korkean energiatiheyden vuoksi.

Aurinkopolttoaineita voidaan tuottaa olemassa olevilla menetelmillä. Aurinkoenergia voidaan muuttaa polttoaineeksi lähemmäs kymmenen prosentin hyötysuhteella, kun hiilidioksidista ja vedestä valmistetaan nestemäistä hiilivetyjä. Saavutettu hyötysuhde on merkittävä verrattuna muihin kehitteillä oleviin teknologioihin, mutta haastetta riittää vielä kustannusten laskemisessa ja hyötysuhteen parantamisessa edelleen.

Aurinkosähkön varastointi kemiallisena energiana

Lähde: W. Haije, H. Geerlings, Environ. Sci. Technol. 2011, 45, 8609–8610

Käänteinen vesi–kaasu-vaihtoreaktio
Fischer–Tropsch-prosessi