Zwiększanie komercjalizacji ogniw paliwowych poprzez skuteczne strategie recyklingu i demontażu
W ciągu ostatnich kilku lat można było zaobserwować zdecydowany i gwałtowny wzrost popularności energii odnawialnej w Unii Europejskiej, a ogniwa paliwowe, które wytwarzają elektryczność w wyniku procesu, którego produktami ubocznymi są ciepło i woda, stanowią klucz do zrównoważonej przyszłości energetycznej. Pomimo tego, koszty i infrastruktura, a także brak strategii recyklingu zarówno materiałów, jak i elementów ogniw paliwowych stanowią poważne przeszkody na drodze do powszechnego przyjęcia nowych technologii na rynku. Zastosowanie koncepcji gospodarki o obiegu zamkniętym do ogniw paliwowych W 2015 roku Komisja Europejska przyjęła plan działania na rzecz obniżenia zależności przemysłu od surowców krytycznych. Problemy wynikające z ich niewielkich ilości są w wielu przypadkach potęgowane przez niskie wskaźniki recyklingu. Odchodzenie od produkcji i konsumpcji opartej na liniowej zasadzie „wydobądź, przetwórz, wyrzuć” na rzecz gospodarki o obiegu zamkniętym, która traktuje wszystkie surowce jako cenne, pozwoli na zwiększenie konkurencyjności Europy, promowanie zrównoważonego wzrostu gospodarczego i tworzenie nowych miejsc pracy. Z tego powodu powstał finansowany przez Unię Europejską projekt HYTECHCYCLING, którego celem było obniżenie ilości surowców krytycznych wykorzystywanych w technologiach wytwarzania wodoru i produkcji ogniw paliwowych, a także promowanie strategii recyklingu. „Ogniwa paliwowe zawierają znaczne ilości krytycznych, drogich i rzadkich materiałów, takich jak platyna. Badania nad materiałami, które mogą zastąpić platynę, a także sposobami na odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie tego metalu tak, aby nie stawał się odpadem, pozwolą producentom na opracowywanie bardziej ekologicznych technologii ogniw paliwowych”, zauważa koordynator projektu Alfonso Bernad. Konsorcjum projektu składa się z grupy ekspertów zajmujących się technologiami ogniw paliwowych i recyklingu z Fundacji na rzecz Rozwoju Nowych Technologii Wodorowych w Aragonii, Instytutu Energii IMDEA, Parku Środowiskowego w Turynie, Uniwersytetu Lublańskiego oraz firmy Industrias López Soriano S.A.. Zespół zajmował się badaniem istniejących oraz nowych technologii recyklingu i demontażu. Katalizatory ogniw paliwowych niezawierające surowców krytycznych Partnerzy skupieni wokół projektu skoncentrowali się na materiałach wykorzystywanych w ramach czterech technologii wytwarzania wodoru i produkcji ogniw paliwowych. Obejmowały one alkaliczną elektrolizę wody, elektrolizę przy pomocy membran do wymiany protonów, ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem (SOFC) oraz ogniwa paliwowe wykorzystujące membrany do wymiany protonów (PEM). W ramach projektu została przeprowadzona analiza materiałów pod kątem kosztów, metodologii analizy krytyczności zgodnie z wytycznymi KE, a także ich wpływu na zdrowie ludzkie. Wyniki przeprowadzonych badań wskazały na pozytywne skutki stosowania katalizatorów niezawierających krytycznych surowców. „Ogniwa paliwowe oparte w całości na materiałach ceramicznych mogą stanowić lepszą alternatywę w stosach ogniw SOFC względem ogniw wykorzystujących nikiel w anodzie. Co więcej, katalizatory o wyjątkowych strukturach rdzeniowych mogą pozwolić na zmniejszenie całkowitej ilości platyny wykorzystywanej w stosach PEM”, wyjaśnia Bernad. Partnerzy projektu pracowali także nad stosownymi technologiami recyklingu w celu jednoczesnego odzyskiwania większej liczby materiałów. Do technologii tego rodzaju należy między innymi selektywne rozpuszczanie elektrochemiczne, pozwalające na odzysk platyny oraz jej nośnika węglowego. Dokumentacja referencyjna dotycząca technologii recyklingu i demontażu W ramach systematycznego przeglądu literatury przedmiotu, partnerzy projektu przeanalizowali obecne ograniczenia, przeszkody i wyzwania, którym będą musiały stawić czoła technologie ogniw paliwowych w czasie całego cyklu eksploatacji. Opracowali także zestawienie najnowocześniejszych technologii recyklingu stosowanych w celu utylizacji ogniw paliwowych po zakończeniu ich okresu eksploatacji. Ponadto naukowcy przeprowadzili ocenę cyklu życia w celu określenia wpływu na środowisko czterech badanych technologii wytwarzania wodoru i produkcji ogniw paliwowych, rozpoczynając na etapie przetwarzania surowców, a kończąc na demontażu i recyklingu. Wszystkie te informacje zostały zebrane w obszernej dokumentacji referencyjnej. „Nasza dokumentacja referencyjna toruje drogę do realizacji prototypowych rozwiązań praktycznych, a jednocześnie może zostać wykorzystana do kształtowania przepisów, kodeksów i norm w przyszłości”, mówi Bernad. „Nadal potrzeba wiele pracy, aby było możliwe osiągnięcie modelu gospodarki o obiegu zamkniętym w przypadku wytwarzania wodoru oraz technologii ogniw paliwowych. Projekt HYTECHCYCLING otwiera jednak drogę do dalszych badań w tym zakresie, zaczynając od identyfikacji kluczowych kwestii, takich jak zastępowanie surowców krytycznych oraz technologie recyklingu i demontażu ogniw”, podsumowuje Bernad.
Słowa kluczowe
HYTECHCYCLING, ogniwo paliwowe, recykling, demontaż, krytyczny surowiec, platyna, gospodarka o obiegu zamkniętym, wytwarzanie wodoru, wytyczne referencyjne, dokumentacja referencyjna
