TV programa
 

Horoskopai
 
SEKITE MUS Registruotiems varototojams
Paieška
LIETUVAKOMENTARAIPASAULISKULTŪRAISTORIJALŽ REKOMENDUOJAEKONOMIKASPORTAS
Šeima ir sveikataPrie kavosŽmonėsGimtasis kraštasMokslas ir švietimasTrasaKelionėsKonkursaiNamų pasaulisGamtaAugintiniai
LIETUVA

Ateities kuras: padės cheminės reakcijos

2013 10 08 6:00
Ulmo universiteto Paviršiaus chemijos ir katalizės institute Z.Jusys vadovauja elektrokatalizės grupei, žinomai pasaulyje iš darbų, susijusių su vadinamųjų kuro elementų problematika. Oresto Gurevičiaus (LŽ) nuotrauka

Vilniaus universiteto absolventą chemiką Zenoną Jusį moksliniai interesai ir tyrimų kryptis nuvedė į Ulmo universitetą Vokietijoje. Mieste, kuriame gimė didysis fizikas Albertas Einsteinas ir yra iškilusi aukščiausia pasaulyje bažnyčia Ulmo katedra, lietuvis mokslininkas su šeima gyvena jau trylika metų.

Ulmo universiteto Paviršiaus chemijos ir katalizės institute habil. dr. Z.Jusys vadovauja elektrokatalizės grupei, žinomai pasaulyje iš darbų, susijusių su vadinamųjų kuro elementų problematika. Ji ypač aktuali šiais laikais. Kai iškastinio kuro šaltinių mažėja ir laikui bėgant jie paprasčiausiai išseks, reikia ieškoti alternatyvų. Tokia alternatyva gali būti kuro elementai - sistemos, leidžiančios gauti elektros srovę iš cheminių reakcijų. Neseniai Z.Jusys dalyvavo Fizinių ir technologijos mokslų centro seminare "Funkcinės medžiagos ir jų gavimo technologijos" bei tarptautinėje chemikų konferencijoje Vilniuje ir skaitė pranešimą apie naujausius tyrimus šioje srityje.

Nenaudojant elektros

Mokslininkas "Lietuvos žinioms" pasakojo, kad chemija susidomėjo dar mokydamasis Vilniaus 15 vidurinėje mokykloje, dabartinėje Žvėryno gimnazijoje. Joje buvo sustiprintas chemijos mokymas ir dėstė žymus mokytojas chemijos entuziastas Jonas Lagunavičius, išugdęs ne vieną dabar gerai žinomą chemiką. Baigęs studijas Vilniaus universitete, Z.Jusys pradėjo dirbti Chemijos institute. Tyrė elektrokatalizės procesus, leidžiančius formuoti metalo dangas ant keraminio, plastiko ar stiklo paviršiaus, kai nusėdantis metalas pats skatina, katalizuoja, dangos augimą.

"Tirdamas šiuos procesus, ėmiau taikyti naujus metodus, pavyzdžiui, derindamas elektrocheminius matavimus su masių spektrometriniais ar mikrogravimetriniais matavimais, - sakė mokslininkas, vienas pirmųjų pritaikęs šiuos metodus cheminiam metalo dangų nusodinimui tirti. - Man pavyko įrodyti, kad cheminis arba elektrokatalizinis procesas yra ne kas kita kaip dviejų elektrocheminių reakcijų kombinacija. Viena reakcija - metalo jonų redukcija elektronais. Juos teikia kita molekulė, kuri oksiduojasi ant to paties paviršiaus. Šiuos procesus galima matuoti, stebint masės pokytį, ir iš to spręsti apie metalo nusodinimo greitį arba kiekį."

1990 metais Z.Jusys apgynė kandidatinę (dabar - daktaro) disertaciją, o 1998-aisiais jam buvo suteiktas ir habilituoto daktaro laipsnis. Tais pačiais metais mokslininkas išvyko į podaktarinę stažuotę Bafalo universitete JAV. Ten atliko elektrai laidžių polimerų formavimo ir jų savybių tyrimus, taikydamas jau anksčiau išmėgintus metodus. Turėjo galimybę bendrauti ir su vieno jų - kvarco mikrogravimetrijos - išradėju Stanley'u Bruckensteinu.

2000 metais už darbų ciklą “Autokatalizinės metalų jonų redukcijos procesų tyrimas (1990-1999)” Chemijos insituto mokslininkai Z.Jusys, Eugenijus Norkus ir buvęs vadovas prof. Povilas Algirdas Vaškelis įvertinti Lietuvos mokslo premija. Tyrimų rezultatai taip pat sulaukė didelio tarptautinio susidomėjimo. Sudėtingos cheminės sistemos yra svarbios ir praktikai - jos plačiai taikomos metalinėms dangoms gauti nenaudojant elektros srovės.

Po stažuotės Bafalo universitete trumpai grįžęs į Lietuvą, Z.Jusys vėl išvyko - jau į Ulmo universitetą. Iš pradžių planavo ten padirbėti vienus dvejus metus, praplėsti tyrimų tematiką, susipažinti su naujais tyrimų metodais, tačiau taip susiklostė, kad dirba iki šiol.

Svečiuose pas Madame Tussaud Berlyne su fizikos genijumi A.Einsteinu. / Asmeninio archyvo nuotrauka

Beveik iš oro

"Didžioji dabartinių mano tyrimų dalis yra susijusi su kuro elementais. Tokios sistemos leidžia gauti elektros srovę vykstant cheminėms reakcijoms, - aiškino mokslininkas. - Iš esmės vyksta dvi reakcijos tuo pat metu ant skirtingų elektrodų. Ant vieno - deguonies redukcija. Deguonies visada turime ore. Ant kito - oksidacija, pavyzdžiui, vandenilio. Skamba labai patraukliai: elektros srovė beveik iš oro. Tačiau reikia vandenilio, o jo gauti nėra taip paprasta. Galima išskirti iš vandens, tačiau jo elektrolizei reikia elektros srovės. Išeitų, ką gauni, tą prarandi. Tačiau vandens elektrolizę galima atlikti naudojant ir saulės energiją, t. y. derinti fotoelementus, kurie iš saulės šviesos sugeba gaminti elektros srovę, ir tą srovę naudoti vandeniliui iš vandens išskirti. Šiuo požiūriu našumas yra didesnis, tačiau problema ta, kad fotoelementų efektyvumas kol kas yra gana mažas, neviršija 15 procentų. Vadinasi, per kiekvieną šios grandinės etapą prarandame šiek tiek našumo ir galiausiai nelabai ką laimime. Be to, vandenilį kuro elementuose reikia nuolat papildyti, vadinasi, būtina tam tikra infrastruktūra, degalinės, kuriose būtų galima pasipildyti vandenilio, laikomo aukšto slėgio ir žemos temperatūros sąlygomis. Dar viena problema - vandenilio ir deguonies mišinys yra sprogus."

Z.Jusys džiaugėsi, kad šioje aktualioje srityje intensyviai dirba ir Lietuvos mokslininkai. Fizinių ir technologijos mokslų centre plėtojami kuro elementuose vykstančių reakcijų bei jų prototipų tyrimai. Kauno technologijos universitete įsteigta net Vandenilio energetikos laboratorija, Lietuvos energetikos institute - Vandenilio energetikos technologijų centras. Pasaulyje daugelis didžiųjų automobilių pramonės kompanijų turi jau kelintos kartos demonstracinius kuro elementų modelius, kuriuose dažniausiai naudojamas vandenilis. Nors plačiam vartojimui skirto produkto rinkoje kol kas dar nėra, pavyzdžiui, Norvegijoje tokios stambios įmonės kaip naftos milžinė "Statoil" jau dabar investuoja į vandenilio degalinių tinklą. Tokiai infrastruktūrai sukurti reikia didelių pinigų, tačiau Norvegija gali sau tai leisti. Iš naftos pinigų investuoja į ateities energetiką, atsižvelgdama taip pat į ekologines problemas, ir kol tobulinama naujoji technologija, jau turės veikiantį degalinių tinklą.

Kuras ampulėse

Kuro elementuose, kaip pasakojo mokslininkas, vietoj vandenilio galima naudoti ir organines molekules, pavyzdžiui, metanolį oksiduoti iki anglies dvideginio. Kartu metanolio oksidacija suteikia elektronų deguonies redukcijai. Pranašumas šiuo atveju būtų tas, kad metanolis yra plačiai chemijos pramonėje gaminama medžiaga. Kita vertus, tokį skystą kurą gana paprasta transportuoti. Be to, būtų galima atitinkamai pritaikyti jau egzistuojančias degalines.

Plačiai pramonėje gaminama ir kita cheminė medžiaga, taip pat alkoholių klasės junginys etanolis, etilo spiritas. Svarbu tai, kad jį galima pagaminti iš gamtinių išteklių, organinių medžiagų. Etanolį taip pat galima oksiduoti iki anglies dvideginio, o per oksidaciją gautus elektronus naudoti deguonies redukcijai.

"Tokie kuro elementai gali būti naudojami ir elektromobiliuose. Elektra varomi automobiliai naudoja specialias baterijas, jas reikia įkrauti, o kuro elementų pranašumas tas, jog užtenka tik papildyti kuro, kad generuotų elektrą. Kur kas perspektyvesnis būdas, - pabrėžė habil. dr. Z.Jusys. - Maži kuro elementai taip pat gali būti pritaikyti, pavyzdžiui, kompiuteriams ar mobiliesiems telefonams vietoj baterijų. Užuot krovus bateriją, užtektų pakeisti ampulę su metanoliu ar etanoliu."

Ieškant geriausių sprendimų

Daugelis pasaulio šalių intensyviai plėtoja šias perspektyvias technologijas tiek automobilių, tiek elektronikos pramonės srityse. O tarp daugybės spręstinų problemų, pasak mokslininko, yra ir tokia. Kuro elementuose naudojami elektrodai turi specialius katalizatorius - tauriuosius metalus, kurie greitina reakcijas. Pavyzdžiui, labai geras katalizatorius yra platina, tačiau ji itin brangi. Dabar daug dirbama siekiant kiek galima pakeisti brangiuosius metalus kitais komponentais ir sumažinti sistemų savikainą.

Z.Jusio darbų, susijusių su kuro elementais, problematika apima tiek vandenilio, metanolio ar etanolio oksidacijos, tiek deguonies redukcijos procesus, tačiau ne realiose sistemose, kaip patikslino mokslininkas, o atliekant fundamentinius tyrimus. Taikant įvairius papildomus masių spektrometrinius metodus, stengiamasi suprasti šių procesų kinetiką ir mechanizmą, kad būtų galima toliau tobulinti realių sistemų efektyvumą. Tarkime, siekiant sumažinti tauriųjų metalų kiekį, turbūt vienintelis galimas sprendimas yra nanodalelės.

"Labai mažos metalo dalelės nusodinamos ant elektrai laidaus pagrindo, kuris yra gana pigus, pavyzdžiui, anglis, - aiškino tyrėjas. - Tokie katalizatoriai leidžia geriau panaudoti metalą, nes procesai, kad ir koks didelis būtų platinos luitas, vyksta tik ant paviršiaus, vidaus nepasiekia. Kai objektas sumažinamas iki nanometrinių matmenų, didelė atomų dalis yra paviršiuje, todėl ir efektyvumas gerokai didesnis. Tačiau nanodalelės turi būti gana stabilios, kad tokie katalizatoriai kuo ilgiau veiktų. Anglis nėra užtektinai stabili, turint galvoje kuro elementų veikimo sąlygas. Tarkim, deguonies redukcija vyksta esant vieno volto potencialui, o anglis tokiomis sąlygomis jau ima koroduoti, virsta anglies dvideginiu. Reikia rasti alternatyvų angliai, kad elektrai laidus pagrindas būtų ilgaamžis ir kuro elementą, kuriuo, pavyzdžiui, varomas elektromobilis, reikėtų keisti kuo rečiau, gal net kas kelerius metus. Kietų oksidinių elektrolitų kuro elementai leistų apsieiti be anglies, tačiau jie veikia esant gerokai aukštesnei temperatūrai."

Ulmo universitete sėkmingai dirbantis chemikas patikino, kad jam labai praverčia patirtis, įgyta Lietuvoje, ir dabar jis nuolat palaiko ryšius su kolegomis Chemijos institute, prisideda plėtojant kuro elementų tematiką. Chemijos institutas yra įsigijęs reikiamos įrangos ir realių kuro elementų bandymams atlikti. Kiek gali mažos šalies mokslininkai įsiterpti tarp didžiųjų valstybių, turinčių ir išteklių, ir patirties, kuriant tokias pirmaujančias technologijas?

"Priklauso nuo to, kaip intensyviai dirbsi, - sakė habil. dr. Z.Jusys. - Pats pradėjau dirbti šioje jau sparčiai plėtojamoje srityje prieš daugiau kaip dešimt metų. Jei nori ką nors nauja pasiekti, reikia nemažai pastangų įdėti. Dabar mūsų grupė yra žinoma visame pasaulyje. Esame užmezgę daugybę kontaktų su Japonijos, JAV, Prancūzijos, Ispanijos mokslininkais, dirbančiais šioje srityje."

DALINKIS:
0
0
SPAUSDINTI
LIETUVA
Rubrikos: Informacija:
AugintiniaiEkonomikaFutbolasGamtaĮkainiai
Gimtasis kraštasIstorijaJurgos virtuvėKelionėsInfoblokai
KomentaraiKonkursaiKovos menaiKrepšinisReklaminiai priedai
KultūraLengvoji atletikaLietuvaLŽ rekomenduojaPrenumerata
Mokslas ir švietimasNamų pasaulisPasaulisPrie kavosKontaktai
SportasŠeima ir sveikataTrasaŽmonėsKarjera
Visos teisės saugomos © 2013-2016 UAB "Lietuvos žinios"