Maximalizovat efektivitu a minimalizovat náklady při výrobě vodíku pomocí solárního rozkladu vody – právě o to se snaží tým vědců pod vedením Zdeňka Hubičky z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR. Cílem výzkumu je pokrýt zařízení vyrábějící vodík vrstvou citlivou na světlo s dokonalými vlastnostmi tak, aby při osvětlení vyrábělo nejvyšší možné množství tohoto plynu. Právě vodík má díky svým vlastnostem velký potenciál nahradit zemní plyn.
Pro dosažení optimálního výkonu zařízení pokryjí vědci povrch speciálních skel s elektricky vodivým povrchem tenkou vrstvou komplexních oxidů. Využijí k tomu metodu takzvaného pulzního reaktivního magnetronového naprašování. Při něm dochází k nanášení tenkých vrstev s využitím plazmatu a silných magnetů. Výhodou takto nanesených vrstev je schopnost měnit dopadající světlo na elektrický proud, který vytváří plynný vodík v jejich okolí. Navíc jsou během celého procesu velmi stabilní a efektivní.
„Ve světle aktuálních požadavků na čistou energii nabývá náš výzkum mnohem strategičtějších rozměrů. Věříme, že budeme schopni nalézt ideální materiál pro pokrytí povrchu anod a katod i určit optimální podmínky pro jeho nanášení,“ řekl vedoucí výzkumného týmu Zdeněk Hubička a dodal: „náš výzkum by mohl v budoucnosti vést, ve spolupráci s partnerem ze soukromého sektoru, k přípravě velkokapacitního zařízení pro komerční výrobu vodíku prostřednictvím solárního rozkladu vody.“
Na základě experimentů a výpočtů, na kterých se podílel také Hubičkův tým, vědci vytvořili model ideálního zařízení s dostačující stabilitou a sílou fotoproudů. Mělo by být schopné produkovat maximální možné objemy vodíku. Jako nejvhodnější materiál pro pokrytí povrchu jeho elektrod se zatím jeví směsi komplexních oxidů mědi a železa. Ty jsou chemicky odolné a zároveň dostupné na Zemi ve velkém množství, a tedy levné pro sériovou produkci. Předmětem výzkumu nyní zůstávají především podmínky, které je potřeba při pulzním reaktivním magnetronovém naprašování zajistit. Jde především o teplotu plazmatu, teplotu povrchu, na který se materiál nanáší, optimální tlak plynu a také o energii elektricky nabitých částic v plazmatu, ze kterých je pak složena výsledná nanesená vrstva.
Vědci z Fyzikálního ústavu mají k dispozici unikátní modifikaci plazmatického zařízení HiPIMS, ve kterém může výboj plazmatu vznikat při velmi nízkých tlacích a zároveň vytvářet energetické svazky ionizovaných částic, které se nesráží s atomy plynu. Částice tak mají vyšší energii, čímž dochází k efektivnější krystalizaci nanášeného materiálu a vrstva má pak lepší fotochemické a elektrické vlastnosti.
Plazmatické zařízení HiPIMS, které mají vědci z Fyzikálního ústavu k dispozici.
Je známo, že oproti jiným plynům má vodík při hoření velkou energii, a tedy velký potenciál pro nahrazení zemního plynu jak pro získání tepelné energie, tak i pro výrobu elektřiny. Vodík, který je využíván také jako alternativní zdroj paliva pro automobily, se dosud vyráběl především ze zemního plynu.
Odborníci z Fyzikálního ústavu na projektu spolupracují s týmem z pražské Vysoké školy chemicko-technologické, jejíž experti zajišťují potřebná měření.