Véletlen, de zseniális hidrogén
előállítás történt Japánban
(2026 április)
A kutatók szerint a hidrogén előállítása meglepően egyszerű módszerrel is lehetséges lehet. A Kyushu Egyetem kutatói egy vélezlen reakcióra bukkantak: alkohol, vas és UV-fény kombinációjával hatékonyan tudtak hidrogént előállítani.
Az eredmény nemcsak olcsó, hanem egyszerű alternatívát is jelent a jelenlegi technológiákhoz képest. A felfedezés véletlenül történt. 2007-ben mutatták be ezt a tisztán hidrogénnel hajtott autót, de 20 év alatt se terjedt el a hidrogénhajtás, pedig a hidrogén a legígéretesebb tiszta energiahordozó, mivel felhasználása során nem keletkezik szén-dioxid. A probléma az, hogy ma még fosszilis forrásokból állítják elő a hidrogént, ami csökkenti a környezetbarát jellegét. Az új eljárás előnye az, hogy olcsó, könnyen hozzáférhető anyagokra épül, és nem igényel bonyolult és drága katalizátorokat, lehetőséget ad arra, hogy a hidrogén előállítása fenntarthatóbbá és gazdaságosabbá váljon.
A kutatók metanolt, nátrium-hidroxidot és vasionokat kevertek össze, majd UV-fénnyel világították meg az oldatot. A reakció során a metanolból hidrogén szabadult fel. Az, hogy mindez ilyen egyszerű anyagokkal és különleges katalizátorok nélkül is működik, komoly meglepetést jelentett. A folyamat hatékonysága különösen figyelemre méltó: a mért termelési sebesség elérte a 921 mmol hidrogén/óra/gramm katalizátor értéket, ami már a legjobb, bonyolult rendszerekkel elérhető szinthez közelít, és azt jelenti, hogy az egyszerűség ellenére a módszer versenyképes a jelenlegi technológiákkal.
Az energiát a reakcióhoz az UV fény, azaz a Nap biztosíthatja. Az ultraibolya (UV) fény koncentrálható, hasonlóan a látható fényhez. Mivel az UV-sugárzás is elektromágneses hullám, a hagyományos optikai elvek (visszaverődés, fénytörés) érvényesek rá, de speciális anyagokra van szükség a koncentráláshoz.
Tükrökkel a legegyszerűbb, a fényes alumínium felületek kiválóan visszaverik az UV-sugarakat. Homorú tükrökkel egyetlen pontba gyűjthető a sugárzás.
Lencsék (Fresnel-lencsék) esetén a hagyományos üveg elnyeli az UV-fény jelentős részét. Koncentráláshoz speciális kvarcüvegből vagy bizonyos polimerekből készült lencsék kellenek, amelyek átengedik ezeket a hullámhosszokat.
Fresnel-lencséket használnak UV-álló műanyagból készült Fresnel-lencséket napenergia-koncentrátorokban, hogy növeljék az intenzitást, és csökkentség a lencse súlyát. A Fresnel-lencse egy olyan lencse, amely tömeg és vastagság nélkül képes a hagyományos lencsék fénygyűjtő erejét nyújtani. A lényege, hogy a lencse görbületét kis koncentrikus gyűrűkre bontják szét. Sokkal vékonyabb és könnyebb, mint egy normál üveglencse. Nagy átmérőben is olcsón és egyszerűen előállítható (gyakran műanyagból). Kiválóan alkalmas párhuzamos fénysugár létrehozására vagy fény összegyűjtésére. Ma is használják a koncentrált UV-t, pl. vízfertőtlenítésre: a napfény UV-tartalmát összegyűjtve hatékonyan elpusztíthatóak a baktériumok, vagy vegyi folyamatok felgyorsítására (pl. szennyeződések lebontása) nagy intenzitású fénnyel.
Mennyire volt véletlen a felfedezés? A kutatók eredetileg egy sokkal összetettebb módszert vizsgáltak, és az áttörés egy kontrollkísérlet alkalmával történt. A kapott eredmények annyira meglepőek voltak, hogy a csapat többször is megismételte a kísérletet, mielőtt elfogadta volna a következtetéseket. A „szerencsés véletlen” jól mutatja, hogy még a legegyszerűbb kísérleti körülmények között is születhetnek jelentős felfedezések. A kutatók szerint a folyamat annyira egyszerű, amit bárki kipróbálhatja. A "nagy felefedezések" jelentős része „szerencsés véletlen”-nek köszönhető, csak a kutatók nem minden esetben mondják el.
Használható más alkoholokkal, anyagokkal is?
A módszer nem korlátozódik kizárólag metanolra. Kimutatták, hogy más alkoholokkal, sőt biomassza eredetű anyagokkal – például glükózzal, keményítővel és cellulózzal – is működik, bár az utóbbiak esetében alacsonyabb hatékonysággal. Igéretes a kutatási irány, mivel így a hidrogén akár megújuló, növényi alapú forrásokból is előállítható lehet.
Mi a következő lépés?
A kutatás fázisában a reakció pontos mechanizmusa még nem teljesen ismert. A hatékonyság további növeléséhez a folyamat megértése szükséges. Az eredmények bizonyítják, hogy a hidrogén előállítása nem feltétlenül igényel drága és bonyolult ipari rendszereket. Az egyszerű, könnyen megismételhető reakció is elegendő ahhoz, hogy új irányt adjon az üzemanyagcellás energiatechnológia fejlődésének
- írja a Phys.Org. (https://www.origo.hu/tudomany/2026/04/hidrogen-eloallitas-uj-technologiaval-tisztan-es-olcson)
A felfedezést megelőző egyik legfontosabb kutatás a Nobel díjas (1994) Oláh György nevéhez fűződik (https://hu.wikipedia.org/wiki/Ol%C3%A1h_Gy%C3%B6rgy_(k%C3%A9mikus). Az Oláh György vezetésével kifejlesztett metanolos tüzelőanyag-cella az egész világon az érdeklődés középpontjában van. Az Oláh-féle energiacella metanollal működik, mindkét irányban:
Hidrogén tárolása (a hangyasav előállítása)
Kimerült olaj- és gázmezők is alkalmasak, mert ezek a rétegek évmilliókig biztonságosan tárolták a szénhidrogéneket, bizonyítottan alkalmasak széndioxid tárolására. Előnyük a meglévő infrastruktúra (kutak, vezetékek) és a geológiai adatok ismerete.
Művelésre alkalmatlan kőszéntelepeket is használnak, mert a CO2 a szén felületéhez kötődik, miközben kiszoríthatja a metánt, ami energiaforrásként hasznosítható. Bazaltformációk esetén a CO2 reakcióba lép a kőzettel (pl. bazalttal), és stabil karbonát ásványokká alakul, ami évezredekre rögzíti a szenet.
2. Óceáni tárolás elméletileg nagy kapacitással bír, a technológia még kutatási fázisban van, és jelentős környezeti kockázatokkal (pl. óceáni savasodás) járhat. Mélytengeri injektáláskor a gázt nagy mélységben engedik el, ahol az feloldódik a tengervízben vagy a tengerfenéken "CO2-tavakat" alkot, ha a ezt a gáz is tudja.
3. Ipari felhasználásnál (CCU) a leválasztott CO2 nem csak tárolható, hanem alapanyagként is szolgál. Olajkitermelésnél a gázt olajmezőkbe fecskendezik, hogy növeljék a kitermelés hatékonyságát, miközben a CO2 jelentős része a kőzetben marad. Vegyipari alapanyagként műanyagok, üzemanyagok vagy építőanyagok gyártásához használják.
A katalizátorok ára függ a felhasznált nemesfém aktuális tőzsdei árától és a gyártási technológiától. A 2026. februári adatok alapján a fémek piaci ára (uncia/USD):
Fém Piaci ár (USD / uncia) Jellemzők
Irídium ~$6650 legdrágább, de rendkívül stabil savas közegben.
Platina ~$2050 - $2109 Gyakran használt, stabil teljesítményt nyújt.
Palládium ~$1677 - $1696 Kiváló szelektivitás a hangyasav bontásánál.
Ruténium ~$1425 Gazdaságosabb alternatíva az irídium kiváltására.
A kész katalitikus rendszerek ára (pl. hordozóra felvitt vagy a komplex formák) jelentősen magasabb lehet a nyersanyagárnál. Például speciális ruténium-alapú katalizátorokat grammonként 10-20 USD körüli áron kínálnak a beszállítók, míg az ötvözött (Pt-Ir-Ru) katalitikus porok ára a 688 USD / gramm összeget is elérheti a Fuel Cell Store kínálatában. A katalizátor típust rangsoroják a hidrogéntisztaság (szén-monoxid-mentesség) szerint:
- szén-dioxidból és vízből árammal metanolt állít elő, és
- metanolból áramot, széndioxidot és vizet termel.
Az anód-oldali levegő-áramban a vízpára dúsul, katód-oldali metanol-cirkulációban a metanol-mennyiség csökken és széndioxid keletkezik, (ami probléma). A metanolos tüzelőanyag-cella közvetlenül alakítja át a metanolt (vagy más folyékony szerves tüzelőanyagot) elektromos árammá egy polimer elektrolit membrán segítségével.
- metanolból áramot, széndioxidot és vizet termel.
Az anód-oldali levegő-áramban a vízpára dúsul, katód-oldali metanol-cirkulációban a metanol-mennyiség csökken és széndioxid keletkezik, (ami probléma). A metanolos tüzelőanyag-cella közvetlenül alakítja át a metanolt (vagy más folyékony szerves tüzelőanyagot) elektromos árammá egy polimer elektrolit membrán segítségével.
A tüzelőanyag-cella vagy üzemanyagcella (https://hu.wikipedia.org/wiki/%C3%9Czemanyagcella) egy olyan kémiai áramforrás, ahol az áramtermelő folyamat valamilyen tüzelőanyag (pl. földgáz, gázolaj, szén, hidrogén, alkohol ) oxidációja. A hagyományos hőerőgépeknél sokkal nagyobb hatásfokkal (≈ 60%) képesek a kémiai energiát elektromos energiává alakítani (vagy fordítva),, és jelentősen kisebb a káros anyag-kibocsátásuk, ami hidrogén esetén nincs is, ami az új felfedezés jelentőségét mutatja.
A hidrogén tárolása
A hangyasavas hidrogéntárolás egy lehetséges módszer a hidrogén biztonságos és stabil tárolására folyékony formában, nagynyomású tartályok vagy a cseppfolyósításhoz szükséges hűtés nélkül, továbbá segíti a CO2 tárolást. A technológia lényege a hangyasav (HCOOH) reverzibilis kémiai átalakítása katalizátorok segítségével, azaz a hidrogén felvétele (tárolás) és a CO2 megkötése.
Hidrogén tárolása (a hangyasav előállítása)
A folyamat során szén-dioxidot (CO₂) és hidrogént (H₂) reagáltatnak vizes közegben, katalizátor jelenlétében, amikor hangyasav keletkezik. A reakció lehetővé teszi a CO₂ hasznosítását és a zöldenergia tárolását.
Hidrogén felszabadítása (hangyasav bontása): ha a hangyasavat (vagy sóit, a formiátokat) katalitikus dehidrogénezésnek vetik alá, akkor a hangyasav hidrogénre (H₂) és szén-dioxidra (CO₂) bomlik. A szabályozható a folyamat: HCOOH → H₂ + CO₂
A hangyasav hidrogéntárolóként számos előnnyel rendelkezik a hagyományos tárolási módszerekkel szemben. a folyékony halmazállapotának köszönhetően közönséges, nem nyomásálló tartályokban, környezeti hőmérsékleten és nyomáson tárolható és szállítható. Alacsony toxicitás és gyúlékonyság jellemzi, de a hidrogénnel együtt felszabaduló szén-dioxidot (CO₂) el kell választani a tiszta hidrogén kinyeréséhez. Magas térfogati hidrogéntároló kapacitással bír (53 g H₂/L), bár a CO₂ leválasztása és visszaforgatása a ciklus fenntartásához további technológiai lépéseket és infrastruktúrát igényel. A gyakorlati alkalmazhatóság, például a járművekben való felhasználás fejlesztése folyik.
Hidrogén felszabadítása (hangyasav bontása): ha a hangyasavat (vagy sóit, a formiátokat) katalitikus dehidrogénezésnek vetik alá, akkor a hangyasav hidrogénre (H₂) és szén-dioxidra (CO₂) bomlik. A szabályozható a folyamat: HCOOH → H₂ + CO₂
A hangyasav hidrogéntárolóként számos előnnyel rendelkezik a hagyományos tárolási módszerekkel szemben. a folyékony halmazállapotának köszönhetően közönséges, nem nyomásálló tartályokban, környezeti hőmérsékleten és nyomáson tárolható és szállítható. Alacsony toxicitás és gyúlékonyság jellemzi, de a hidrogénnel együtt felszabaduló szén-dioxidot (CO₂) el kell választani a tiszta hidrogén kinyeréséhez. Magas térfogati hidrogéntároló kapacitással bír (53 g H₂/L), bár a CO₂ leválasztása és visszaforgatása a ciklus fenntartásához további technológiai lépéseket és infrastruktúrát igényel. A gyakorlati alkalmazhatóság, például a járművekben való felhasználás fejlesztése folyik.
A kutatások már nem "tisztán" hidrogéntárolóként tekintenek a hangyasavra, hanem egy folyékony CO₂-akkumulátorként, széndioxid tárolóként is. A hatékony leválasztást az jelenti, hogy a CO₂ soha nem hagyja el a folyadékfázist (vagy a zárt reaktort), így a rendszer "szén-dioxid-semleges" marad anélkül, hogy külső szén-dioxid-tároló infrastruktúrára lenne szükség. A szén-dioxid (CO2) tárolása a szén-dioxid-leválasztás és -tárolás (CCS) technológiai láncának utolsó lépése, melynek célja a gáz végleges elkülönítése a légkörtől.
A CO₂ tárolás legfontosabb mai módszerei:
A geológiai tárolás (Föld alatti formációkban) a legelterjedtebb módszer, ahol a CO2-t folyékony vagy szuperkritikus állapotban (nagy nyomáson) fecskendezik mélyen a föld alá, mély és porózus kőzetrétegekbe, amelyek sós vizet tartalmaznak, ez a típus rendelkezik a legnagyobb potenciális tárolókapacitással világszerte. Az egyszerű geológiai tárolás ára jellemzően 2 és 35 USD/tonna közé esik. Ha a teljes folyamatot (leválasztás, szállítás és tárolás) nézzük, a költségek ennél jóval magasabbak. Teljes lánc (leválasztás + szállítás + tárolás) esetén az Európai projektek esetében az átlagköltség jelenleg 150–300 EUR/tonna körül mozog, ami jelentős emelkedést mutat a korábbi várakozásokhoz képest.
Közvetlen levegőből történő leválasztás a legdrágább technológia, ahol a költségek 150 és 600 USD/tonna között alakulnak a projekt méretétől függően.
Közvetlen levegőből történő leválasztás a legdrágább technológia, ahol a költségek 150 és 600 USD/tonna között alakulnak a projekt méretétől függően.
Kimerült olaj- és gázmezők is alkalmasak, mert ezek a rétegek évmilliókig biztonságosan tárolták a szénhidrogéneket, bizonyítottan alkalmasak széndioxid tárolására. Előnyük a meglévő infrastruktúra (kutak, vezetékek) és a geológiai adatok ismerete.
Művelésre alkalmatlan kőszéntelepeket is használnak, mert a CO2 a szén felületéhez kötődik, miközben kiszoríthatja a metánt, ami energiaforrásként hasznosítható. Bazaltformációk esetén a CO2 reakcióba lép a kőzettel (pl. bazalttal), és stabil karbonát ásványokká alakul, ami évezredekre rögzíti a szenet.
2. Óceáni tárolás elméletileg nagy kapacitással bír, a technológia még kutatási fázisban van, és jelentős környezeti kockázatokkal (pl. óceáni savasodás) járhat. Mélytengeri injektáláskor a gázt nagy mélységben engedik el, ahol az feloldódik a tengervízben vagy a tengerfenéken "CO2-tavakat" alkot, ha a ezt a gáz is tudja.
3. Ipari felhasználásnál (CCU) a leválasztott CO2 nem csak tárolható, hanem alapanyagként is szolgál. Olajkitermelésnél a gázt olajmezőkbe fecskendezik, hogy növeljék a kitermelés hatékonyságát, miközben a CO2 jelentős része a kőzetben marad. Vegyipari alapanyagként műanyagok, üzemanyagok vagy építőanyagok gyártásához használják.
A hangyasavas hidrogéntárolásnál az alkalmas katalizátorok megdrágítják a tárolást
A kutatások és az ipari prototípusok két fő irányt követnek: a homogén katalizátorok főként Irídium (Ir) és Ruténium (Ru) alapú fémkomplexek. melyek nagy hatékonysággal (magas TOF érték) működnek vizes közegben, enyhe körülmények között (25-80 °C).
A heterogén katalizátorok hordozóra (pl. szénre vagy fém-oxidra) vitt Palládium (Pd), Platina (Pt) vagy Arany (Au) nanorészecskék. Előnyük a könnyebb elválaszthatóság és az újrahasznosíthatóság. A legolcsóbb lehetőségek a Mangán (Mn), Nikkel (Ni) vagy Réz (Cu) alapú katalizátorok, kisérletek a költségek csökkentése érdekében.
A kutatások és az ipari prototípusok két fő irányt követnek: a homogén katalizátorok főként Irídium (Ir) és Ruténium (Ru) alapú fémkomplexek. melyek nagy hatékonysággal (magas TOF érték) működnek vizes közegben, enyhe körülmények között (25-80 °C).
A heterogén katalizátorok hordozóra (pl. szénre vagy fém-oxidra) vitt Palládium (Pd), Platina (Pt) vagy Arany (Au) nanorészecskék. Előnyük a könnyebb elválaszthatóság és az újrahasznosíthatóság. A legolcsóbb lehetőségek a Mangán (Mn), Nikkel (Ni) vagy Réz (Cu) alapú katalizátorok, kisérletek a költségek csökkentése érdekében.
A katalizátorok ára függ a felhasznált nemesfém aktuális tőzsdei árától és a gyártási technológiától. A 2026. februári adatok alapján a fémek piaci ára (uncia/USD):
Fém Piaci ár (USD / uncia) Jellemzők
Irídium ~$6650 legdrágább, de rendkívül stabil savas közegben.
Platina ~$2050 - $2109 Gyakran használt, stabil teljesítményt nyújt.
Palládium ~$1677 - $1696 Kiváló szelektivitás a hangyasav bontásánál.
Ruténium ~$1425 Gazdaságosabb alternatíva az irídium kiváltására.
A kész katalitikus rendszerek ára (pl. hordozóra felvitt vagy a komplex formák) jelentősen magasabb lehet a nyersanyagárnál. Például speciális ruténium-alapú katalizátorokat grammonként 10-20 USD körüli áron kínálnak a beszállítók, míg az ötvözött (Pt-Ir-Ru) katalitikus porok ára a 688 USD / gramm összeget is elérheti a Fuel Cell Store kínálatában. A katalizátor típust rangsoroják a hidrogéntisztaság (szén-monoxid-mentesség) szerint:
A hangyasavas hidrogéntárolás területén a 2024–2026 közötti időszakban több áttörés is történt, amelyek elsősorban a katalizátorok hatékonyságának növelésére és a szén-dioxid (CO₂) zárt körfolyamatban tartására törekednek. A legfontosabb friss kutatási irányok és eredmények (AI):
1. Zárt ciklusú CO₂-visszatartás (CO₂ retention)
A korábbi rendszerek egyik legnagyobb hátránya az volt, hogy a hidrogén kinyerésekor a CO₂ is felszabadult, amit újra be kellett gyűjteni.
Aminosav-alapú rendszerekben az új kutatások egy α-amino-savval (pl. lizin) segített rendszert mutattak be, amely egy homogén mangán-pincér komplexet használ. A megoldás 99,9%-os CO₂-visszatartást ért el tíz töltési-kisütési ciklus alatt, így nincs szükség a gáz folyamatos pótlására vagy bonyolult külső leválasztásra.
CO₂-hidrogénezés közvetlen kinyeréssel: olyan eljárásokat is fejlesztenek, amelyek során a CO₂-t nem választják le, hanem egy köztes hordozóban (például 1-metilpirrolidin) tartják, ami jelentősen csökkenti az energiaköltségeket és a hangyasav nemkívánatos bomlását.
2. Új generációs katalizátoroknál a cél a nemesfémek (pl. ruténium, iridium) kiváltása olcsóbb és stabilabb anyagokkal.
Bimetallikus nanorészecskéknél a 2025-ös eredmények szerint a zeolit nanolapokra rögzített Pd-Ce (palládium-cérium) nanorészecskékkel rendkívül stabil és nagy aktivitású átalakítást értek el, amely még CO-szennyezett hidrogénnel is működőképes.
Nem-nemesfém (Ni, Fe) katalizátoroknál sikerült olyan nikkel-foszfid (Ni₃P) alapú katalizátorokat fejleszteni, amelyek teljesítménye 210 °C-on már vetekszik a platina-alapú katalizátorokkal, miközben 99,6%-os szelektivitással termelnek hidrogént.
Bemutattak olyan Ni(Mn)-O-P/GaN nanoszálakat, amelyek több mint 4000 órán át stabilak maradtak, és képesek az ipari hulladékhőt (55–75 °C) hasznosítani a hidrogén kinyeréséhez.
3. Ipari méretnövelés és prototípusok
Ipari elektrolizálók: az OCOchem és a PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) közös projektjében 2024-25-ben ipari méretű CO₂-elektrolizálókat építettek, amelyek közvetlenül vízből, CO₂-ból és zöld áramból állítanak elő hangyasavat 80%-os hatékonysággal. A kombinált leválasztási és hasznosítási folyamatokkal a hangyasav előállítási költségét tonnánként 790 dollárról sikerült 490 dollár/t -ra mérsékelni, amit a széndioxid 300 EUR/tonna -ás tárolási árát csökkenti.
A korábbi rendszerek egyik legnagyobb hátránya az volt, hogy a hidrogén kinyerésekor a CO₂ is felszabadult, amit újra be kellett gyűjteni.
Aminosav-alapú rendszerekben az új kutatások egy α-amino-savval (pl. lizin) segített rendszert mutattak be, amely egy homogén mangán-pincér komplexet használ. A megoldás 99,9%-os CO₂-visszatartást ért el tíz töltési-kisütési ciklus alatt, így nincs szükség a gáz folyamatos pótlására vagy bonyolult külső leválasztásra.
CO₂-hidrogénezés közvetlen kinyeréssel: olyan eljárásokat is fejlesztenek, amelyek során a CO₂-t nem választják le, hanem egy köztes hordozóban (például 1-metilpirrolidin) tartják, ami jelentősen csökkenti az energiaköltségeket és a hangyasav nemkívánatos bomlását.
2. Új generációs katalizátoroknál a cél a nemesfémek (pl. ruténium, iridium) kiváltása olcsóbb és stabilabb anyagokkal.
Bimetallikus nanorészecskéknél a 2025-ös eredmények szerint a zeolit nanolapokra rögzített Pd-Ce (palládium-cérium) nanorészecskékkel rendkívül stabil és nagy aktivitású átalakítást értek el, amely még CO-szennyezett hidrogénnel is működőképes.
Nem-nemesfém (Ni, Fe) katalizátoroknál sikerült olyan nikkel-foszfid (Ni₃P) alapú katalizátorokat fejleszteni, amelyek teljesítménye 210 °C-on már vetekszik a platina-alapú katalizátorokkal, miközben 99,6%-os szelektivitással termelnek hidrogént.
Bemutattak olyan Ni(Mn)-O-P/GaN nanoszálakat, amelyek több mint 4000 órán át stabilak maradtak, és képesek az ipari hulladékhőt (55–75 °C) hasznosítani a hidrogén kinyeréséhez.
3. Ipari méretnövelés és prototípusok
Ipari elektrolizálók: az OCOchem és a PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) közös projektjében 2024-25-ben ipari méretű CO₂-elektrolizálókat építettek, amelyek közvetlenül vízből, CO₂-ból és zöld áramból állítanak elő hangyasavat 80%-os hatékonysággal. A kombinált leválasztási és hasznosítási folyamatokkal a hangyasav előállítási költségét tonnánként 790 dollárról sikerült 490 dollár/t -ra mérsékelni, amit a széndioxid 300 EUR/tonna -ás tárolási árát csökkenti.