Razvoj tehnologija za dobijanje električne energije iz ekološki prihvatljivih izvora u fokusu je stručnjaka širom svijeta. Energetska kriza, dodatno pogoršana invazijom Rusije na Ukrajinu, jasno je pokazala značaj traženja alternativnih metoda za dobijanje električne energije.
Stoga je vijest da je sarajevski Centar za napredne tehnologije (CNT) u saradnji sa Prirodno-matematičkim fakultetom Univerziteta u Sarajevu (PMF) napravio prve korake u razvoju tehnologije za proizvodnju zelene energije, odnosno goriva budućnosti uspješnom realizacijom projekta naziva “Izrada prototipa gorive ćelije sa proton-propusnom membranom (PEM)” još više dobila na značaju. Ujedno je i pokazala da stručnjaci iz Bosne i Hercegovine imaju i mogu šta ponuditi u ovim istraživanjima.
Profesor Sanjin Gutić, vođa tima sa sarajevskog PMF-a, pojašnjava da je “Izrada prototipa gorive ćelije sa proton-propusnom membranom” interni naziv projekta koji provodi Centar za napredne tehnologije, a koji je, zapravo, ekstenzija projekta NATO Nauka za mir (Science for Peace) pod naslovom “Optimizing Fuel Cell Catalyst Stability upon Integrating with Reforming” koji se realizira na Prirodno-matematičkom fakultetu Univerziteta u Sarajevu, a u saradnji sa Hemijskim institutom iz Ljubljane i Fakultetom za fizičku hemiju Univerziteta u Beogradu.
Voditelji projekta su prof. dr. Nejc Hodnik (Slovenija), prof. dr. Sanjin Gutić (Bosna i Hercegovina) i prof. dr. Igor Pašti (Srbija), a krajnji korisnici projekta su JU Centar za napredne tehnologije Sarajevo i IBEKO POWER AB Štokholm.
Ono što je značajno za budućnost ovakvih istraživanja u Bosni i Hercegovini jeste da su u bosanskohercegovačkom timu angažirani mladi istraživači/studenti Ajla Begić i Edin Živalj te doktorant Dalibor Karačić, koji su ujedno i stipendisti projekta. U sklopu projekta svoje magistarske i diplomske radove radi još sedam studenata Prirodno-matematičkog fakulteta.
Za profesora Gutića, značaj razvoja gorivih ćelija, ali i drugih “zelenih” tehnologija je gotovo pa nemjerljiv.
Kako pojašnjava, goriva ćelija je sistem u kojem se vodik (ili druga goriva, npr. metanol ili mravlja kiselina) katalitički konvertira u vodu (ili vodu i CO2, ako se koriste druga goriva) pri čemu se oslobađa električna energija u obliku istosmjerne struje.
Iako neki ozbiljni proizvođači automobila (Toyota, Hyundai, BMW) razvijaju ili već proizvode vozila koja, preko gorive ćelije, pokreće vodik, sigurno je da ovi sistemi neće postati dominantni u malim vozilima, jer litijum-jonske baterije mogu da podmire njihove energetske zahtjeve, kaže Gutić.
S druge strane, baterije ne mogu da isporuče dovoljnu snagu i pohrane dovoljnu količinu energije za (po)kretanje teških transportnih vozila (kamioni, avioni, brodovi), zbog čega je izgledno da će vodik, a time i gorive ćelije, u tim vozilima postati dominanta alternativa fosilnim gorivima i motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem.
Osim toga, zbog velike specifične energije (energija po jedinici mase), vodik se smatra glavnim energentom budućnosti za stabilizaciju mreže, to jest skladištenje energije u slučajevima kada proizvodnja električne energije premašuje trenutnu potrošnju. Ovako pohranjena energija se može vraćati u mrežu (u obliku istosmjerne struje) trošenjem uskladištenog vodika, što se opet odvija u samim gorivim ćelijama, pojašnjava stručnjak sarajevskog PMF-a.
Osvrnuo se i na razlog zašto bi Bosna i Hercegovina trebala i morala razvijati ovakve tehnologije.
– Svaki put kada prođete pored Mostara (ili drugih lokacija u Bosni i Hercegovini gdje postoje vjetroelektrane) i vidite da se propeler ne okreće iako vjetar puše, sjetite se da je Bosna i Hercegovina ‘na gubitku’ jer ne iskorištava potpuno obnovljive resurse. Ulaganje u razvoj ovih sistema je u većini država Evropske unije odavno dio njihove strategije za energetsku tranziciju, koja se u Bosni i Hercegovini tek počinje stidljivo spominjati, kaže Gutić.
Aktivni razvoj
Tim sarajevskog PMF-a već nekoliko godina aktivno radi na razvoju i fundamentalnim ispitivanjima katalizatora potrebnih za gorivu ćeliju, a saradnja sa CNT Sarajevo, u okviru koje je razvijen ovaj prototip, traje od sredine 2020. godine. Aktivnosti vezane za razvoj prototipa, ne računajući razvoj katalizatora kao primarnu aktivnost tima sa PMF-a, traju od sredine 2021. godine.
Kao i sva istraživanja, ono koje provodi tim sarajevskog PMF-a ne radi se samo zbog teoretske primjene, nego i stvarnih, konkretnih primjena koje će donijeti koristi kako zemlji, tako i ostatku svijeta.
Prototip gorive ćelije koji je razvijen u Centru za napredne tehnologije spada u tip gorivih ćelija sa proton-propusnom membranom, pojašnjava Gutić.
– U ovoj tehnologiji ulogu elektrolita ima polimerna membrana (za razliku od alkalnih ili fosfatno-kiselih koje koriste tečni elektrolit, odnosno gorivih ćelija sa čvrstim oksidom koje, kao što im naziv sugeriše, za elektrolit imaju okside u čvrstom agregatnom stanju), što im omogućava rad na niskim temperaturama, jednostavno rukovanje i jednostavnu prateću infrastrukturu.
Nedostatak ovog tipa gorivih ćelija je činjenica da su proton-propusne membrane jako kisele, zbog čega se za dugotrajno i isplativo funkcioniranje moraju koristiti katalizatori na bazi platine, kovine koja je skuplja od zlata.
– Zadatak hemije i nauke o materijalima je da pronalaze načine da se količina platine u katalizatoru smanji ili da se platina potpuno zamijeni jeftinijim materijalima uz zadržavanje potrebnih performansi, što će na kraju sniziti cijenu i omogućiti svakodnevnu upotrebu ovih sistema, kaže Gutić.
– Specifičnost ove gorive ćelije je upravo u katalizatoru, kao centralnom mjestu gorive ćelije na kojem se dešava pretvorba vodika u vodu uz oslobađanje željene energije. Katalizator pripremljen u našim laboratorijama predstavlja kompozit nanostrukturisane platine i redukovanog grafen oksida, pri čemu idemo prema tome da sadržaj platine bude manji u odnosu na komercijalne katalizatore, dodaje.
Pamet i iskustva
Ovaj prototip će u narednom periodu biti detaljno ispitan, sa ciljem određivanja svih karakteristika (otpori, gustine energije i snage, efikasnost), kaže vođa tima sarajevskog PFM-a. Također, u narednom periodu se moraju utvrditi i eventualni tehnički nedostaci koji se tiču dizajna samog kućišta.
A onda slijedi naredni korak, odnosno potencijalna proizvodnja ovih gorivih ćelija.
– Kada se dobije kompletna slika o performansama i utvrde svi tehnički detalji može se početi razmišljati o serijskoj proizvodnji. Međutim, pored razvoja ove ćelije, početak eventualne serijske proizvodnje će značajno zavisiti i od potreba domaćeg tržišta, odnosno od toga koliko smo odmakli u tranziciji na obnovljive izvore energije, navodi Gutić.
Ukoliko se pojavi ozbiljan investitor, u Bosni i Hercegovini se može raditi na razvoju i proizvodnji ovih sistema, dodaje.
– Pamet i iskustva postoje, potreban je još samo jedan ‘sastojak’, kaže stručnjak PMF-a.
U svakom slučaju, tim sarajevskih stručnjaka i studenata ne planira sjediti skrštenih ruku.
– Tim Prirodno-matematičkog fakulteta, u saradnji sa kolegicama i kolegama iz Ljubljane i Beograda, aktivno radi na daljem razvoju i poboljšanju katalizatora za gorive ćelije, kao i katalizatora za druge elektrohemijske reakcije od značaja za tranziciju prema zelenoj energiji, kaže Gutić i dodaje:
– Naše aktivnosti su vidljive kroz naučne radove koje publikujemo, a kroz ovaj projekat pokazujemo da naš rad itekako ima perspektivu da ‘izađe iz laboratorije’. Vjerujemo da je ovo početak konkretne saradnje sa industrijom i privredom.