Kada se spoje NATO i nauka: Vrijedna ekipa s PMF-a u Sarajevu radi na proizvodnji vodika iz morske vode

Godinu nakon završetka prethodnog projekta, međunarodni tim u istom sastavu koji čine profesor Sanjin Gutić sa Katedre za fizikalnu hemiju PMF-a, profesor Nejc Hodnik sa Hemijskog instituta u Ljubljani i profesor Igor Pašti sa Fakulteta za fizičku hemiju u Beogradu, započeo novi projekat koji se finansira u okviru programa NATO "Nauka za mir i sigurnost".

Kao i u prethodnom projektu, novi projekat okuplja i studente, sa ciljem stvaranja podloge za sve aktivnosti koje se odnose na istraživanja, razvoj i promociju nauke i tehnologije vezane za zelene i obnovljive energetske resurse, što je u samoj Evropskoj uniji jedan od ključnih zadataka kojem su posvećene i sve države članice.

U razgovoru za Klix.ba, profesor Sanjin Gutić govorio je o novom projektu ovog tima te je pojasnio po čemu se on razlikuje u odnosu na projekat o kojem smo pisali 2022. godine.

"Projekat je zapravo drugi po redu NATO Science for Peace projekat pod vodstvom istog međunarodnog tima. Tu su profesor Igor Pašti sa Fakulteta za fizičku hemiju iz Beograda, profesor Nejc Hodnik sa Hemijskog instituta iz Ljubljane i ja kao direktor projekta ispred sarajevskog PMF-a. Prethodni zajednički projekat u okviru istog programa je trajao od 2020. do 2023. godine. Projekat je formalno završen jednodnevnom naučnom konferencijom koja se održala u januaru prošle godine na Prirodno-matematičkom fakultetu, gdje su članovi tima iz sve tri institucije studentima, kolegama i zainteresovanoj javnosti predstavili rezultate trogodišnjeg zajedničkog rada", naveo je profesor na početku razgovora.

Objasnio je kako je upravo pozitivno iskustvo od ranije bilo povod za prijavu na novi projekat.

"Ohrabreni pozitivnim iskustvom saradnje koju smo imali tokom trajanja projekta, kao i aktuelnošću oblasti u koju spadaju naša istraživanja, ali i činjenicom da je program 'Nauka za mir i sigurnost' vrlo jednostavan i zahvalan za menadžment, odlučili smo da ponudimo nove ideje i apliciramo sa projektnim prijedlogom pod naslovom 'Osmosis-Assisted Seawater Electrolysis for Green Offshore Hydrogen Production - SeaCat', što je na kraju i odobreno za finansiranje. Oblast istraživanja je ista - elektrohemijska konverzija energije s naglaskom na zelenu energiju - s tim da smo u prvom projektu u fokusu imali sisteme za potrošnju vodika tj. gorive ćelije, a sada se bavimo sistemima za proizvodnju vodika", ističe Gutić.

O vodiku se često govori u kontekstu obnovljivih izvora energije te se posebna pažnja posvećuje onome što je široj javnosti poznato kao zeleni vodik.

"Prema načinu dobijanja vodik možemo klasifikovati kroz 'boje'. Skoro sav vodik koji se trenutno proizvodi, dobija se iz fosilnih goriva, kao što su prirodni gas, ugalj ili nafta. Tokom proizvodnje vodika, koji se koristi za različite industrijske potrebe, u atmosferu se ispuštaju enormne količine CO2, pa se opisuje i kao smeđi ili sivi vodik. Važnost razvoja novih vodikovih tehnologija je direktno povezana sa nalaženjem isplativih načina za proizvodnju velikih količina dekarbonizovanog vodika, tj. vodika čija proizvodnja neće imati CO2 otisak. Najdirektniji način da se to postigne je da se, pojednostavljeno rečeno, koristi energija sunca i vjetra te da se ta energija ulaže u elektrolizu vode. Elektrolizom se voda razlaže na vodik i kisik, vodik se skuplja i skladišti da bi se mogao trošiti po potrebi kao sirovina ili gorivo, odnosno energent. Na ovaj način, zapravo, konvertujemo energiju sunca ili vjetra u hemijsku energiju, odnosno vodik. Kada vodik iskoristimo, tj. kada izgaranjem iz njega izvučemo energiju, jedini nusproizvod je voda", objašnjava profesor.

Naveo je i zbog čega je sve to bitno.

"Postoji debata koja je u suštini 'lažna': šta je bolje - baterija ili vodik. Kada se govori o vodikovoj ekonomiji, odnosno dekarbonizaciji pomoću vodika, transport je samo jedan mali dio područja njegove potencijalne upotrebe. Vodik je, prije svega, sirovina za hemijsku industriju, sa ogromnim potencijalom da bude osnovni energent za grijanje domaćinstava, a na kraju i gorivo za transport. Izvjesno je da baterije imaju prednost kod malih vozila i da vodik neće nikada potpuno 'poklopiti' baterije. Međutim, čak i ako se potpuno zanemari transport, i dalje je bitno da imamo način za proizvodnju 'zelenog' odnosno čistog vodika", mišljenja je Gutić.

Šta je cilj profesora i studenata s PMF-a

Objasnio je i tri aspekta koja se mogu sagledavati u kontekstu proizvodnje vodika.

"Vodik je osnovna sirovina za proizvodnju amonijaka. Amonijak je poslije sumporne kiseline druga hemikalija po količini proizvodnje u svijetu, a 'odgovoran' je za dva posto ukupnog CO2 kojeg čovječanstvo ispusti u atmosferu, što zapravo potiče od proizvodnje 'smeđeg“ ili 'sivog' vodika koji se dalje koristi za proizvodnju amonijaka. Dakle, kada bi se upotrebom 'zelenog' vodika dekarbonizovao samo taj sektor, riješili smo dva posto otiska CO2. Takođe, vodik ima veliki potencijal da postane glavni element za dekarbonizaciju industrije čelika, koja ukupnoj emisiji CO2 doprinosi oko sedam posto na globalnom nivou. Iako je nekoliko fabrika čelika u Evropi u fazi eksperimentalnog uvođenja vodika, ta promjena tehnologije za sada nije rentabilna, tako da se mora subvencionirati. Ipak, aktivnosti koje vode napuštanju upotrebe koksa i uvođenju vodika koji se dobije elektrolizom vode, uz upotrebu solarne i energije vjetra, u EU postaju sve intenzivnije", navodi profesor.

Treći segment posebno je interesantan i u okviru Bosne i Hercegovine.

"Treći segment, o kojem se i kod nas razmišlja, jeste miješanje s prirodnim gasom, sa ciljem smanjenja CO2 otiska u sektorima koji koriste ovaj energent, kao na primjer u grijanju domaćinstava. U EU procjenjuju da se postojeća gasna infrastruktura može, bez ikakve prilagodbe, koristiti za gasnu smjesu koja sadrži do pedeset posto vodika, sa ambicijama za potpunu zamjenu prirodnog gasa vodikom. Trenutno su u toku pripreme projekata na ovu temu u saradnji sa kolegama sa Mašinskog fakulteta u Sarajevu, na čijem krovu je nedavno puštena u pogon solarna elektrana", pojašnjava.

U razgovoru, profesor Gutić je detaljnije pojasnio i šta je u svemu tome svrha projekta na kojem vrijedno rade na sarajevskom PMF-u.

"Vodik se može dobiti iz nafte, ali i elektrolizom vode, što je energetski zahtjevan proces. Ako potrebna energija dolazi iz termoelektrane, sa aspekta ispuštanja CO2 u atmosferu nismo puno postigli. S druge strane, ako putem solarne elektrane možemo konvertovati solarnu, odnosno putem vjetroelektrane kinetičku energiju vjetra u energiju potrebnu za elektrolizu vode, dobiveni vodik može dobiti etiketu 'zeleni'. Ekološki prihvatljivim vodikom se u nekim krugovima smatra čak i onaj koji se dobije elektrolizom vode uz energiju obezbijeđenu iz nuklearne elektrane. Postojeći elektrolizeri, sistemi za razdvajanje vode pod djelovanjem električne energije, moraju koristiti jako čistu vodu, što znači da je najlakše napraviti takav sistem negdje na izvoru pitke vode koju nije potrebno značajno prečišćavati. To predstavlja problem zbog nedostupnosti pitke vode, odnosno korištenja resursa koji mora biti dostupan stanovništvu", rekao je Gutić.

Iz tog razloga, morska voda je jako privlačna za proizvodnju vodika, ali je ona ujedno i vrlo problematična.

"Kada se elektrolizira morska voda, na jednoj elektrodi dobijamo vodik, kao i kod elektrolize čiste vode. Problem se, međutim, javlja na drugoj elektrodi, takozvanoj anodi, na kojoj se pri elektrolizi morske vode izdvaja značajna količina vrlo agresivnog gasovitog hlora, koji se nekada koristio i kao bojni otrov, dok se pri elektrolizi čiste vode izdvaja kisik. Hlor je hemikalija koja se može prodati, ali ne u količinama u kojima bi nastajao prilikom proizvodnje vodika na veliko", pojašnjava.

Objasnio je i šta će biti fokus njegovog tima u narednom periodu.

"Jedna od stvari na koju ćemo se mi fokusirati jeste rješavanje problema hlora. Mi to radimo na fundamentalnom nivou. Dizajniramo i testiramo materijale koji će biti selektivni i tako sprečavati izdvajanje hlora, a omogućavati izdvajanje kisika. Druga stvar koja je bitna kod morske vode jeste da je korozivna. Jako je bitno da imamo sistem za elektrolizu čije su komponente otporne na koroziju. Ako nisu, propast će prije nego što se proizvede dovoljno vodika da on bude isplativ", ističe u razgovoru.

Navodi i kako će fokus biti upravo na tome kako napraviti materijal koji je selektivan i otporan na koroziju.

"Oblast našeg djelovanja je nauka o materijalima. Kako napraviti materijal koji je otporan na koroziju i kako napraviti materijal koji je selektivan prema izdvajajaju kisika, u odnosu na izdvajanje hlora na drugoj elektrodi. Treća stvar kojom se bavimo je zapravo tehnologija pomoću koje možemo da djelimično prečistimo morsku vodu. Želimo da dokažemo koncept za direktnu elektrolizu morske vode, koja bi prolazila kroz osmoznu membranu čija je svrha da, bez dodatnog utroška energije, blokira prolazak dobrog dijela rastvorenih soli. To radimo da bismo pokazali da se može napraviti rentabilan poluindustrijski sistem. Plan je da se prototip testira na moru, u realnim uslovima. Vjerujem da će, kada dođe vrijeme, to podržati i odgovarajuća ministarstva, ali i investitori", pojašnjava Gutić.

Projekat koji ima znatno širu korist

Objasnio je i šta je još jedan značajan ishod ovakvog projekta.

"Ako mi uspijemo da se približimo našim ciljevima, to će imati i direktne benefite za elektrolizu manje opterećenih voda, kao što su jezerske i riječne vode. Postoji perspektiva i da se otpadne vode koriste na isti način. Ako možemo direktnom elektrolizom otpadne vode izvući vodik, to je idealno. Ovdje je potrebno naglasiti da elektroliza vode zapravo troši manje vode u poređenju sa postupcima za proizvodnju vodika iz fosilnih goriva, kao i da je ukupni globalni bilans jednak nuli, jer se vodik prilikom sagorijevanja ponovo vraća u prirodu u obliku vode ", naglašava.

Kada je riječ o saradnicima na projektu kao i o krajnjim korisnicima, profesor Gutić ističe kako će i mladi studenti i doktoranti također biti dio ove pozitivne priče.

"Centar za napredne tehnologije Sarajevo i Intera tehnološki park Mostar su nam krajnji korisnici. Sa svojom infrastrukturom, oni su nam prvenstveno podrška za izradu prototipa. Bosanskohercegovački tim, pored nekoliko profesora sa Odsjeka za hemiju i Odsjeka za fiziku PMF-a, čine mladi doktor nauka Armin Hrnjić, dvije doktorantice i dvije magistrantice, koje imaju priliku da ostanu na projektu i nakon završetka studija. Svi navedeni mladi istraživači su ujedno i stipendisti projekta. Naravno, u projekat će se uključivati i novi mladi saradnici, najčešće studenti koji se odluče da svoj završni diplomski rad rade u našoj laboratoriji. Iz projekta će svakako izaći i značajan broj naučnih radova kao i konkretna rješenja", ističe naš sagovornik.

Velika korist od svega je i oprema koja je do sada stigla, a i koja će u narednim mjesecima postati dio PMF-a.

"Planirano je da se kupi oprema za skenirajuću elektrohemijsku mikroskopiju. To je osnovni sistem koji treba da stigne u narednih par mjeseci. On će koštati oko 180.000 KM i nadograđivati će se u sklopu budućih projekata. To je značajno jer takvu opremu ne posjeduje puno elektrohemijskih laboratorija, naročito u ovom dijelu Evrope. Naša će laboratorija po tome bar neko vrijeme biti prepoznata u regiji. Skenirajuća elektrohemijska mikroskopija će omogućiti da elektrohemijsko ponašanje materijala pratimo na mikrometarskom i nanometarskom nivou. Ovo je kapitalna oprema koja je daleko od bazične opreme, što će omogućiti da, uz postojeću opremu, naša laboratorija evoluira u jedan centar za elektrohemiju koji će pružati usluge i rješavati probleme u svim područjima gdje je elektrohemija i nauka o materijalima to može.

U kojoj se fazi nalazi projekat s gorivim ćelijama?

S obzirom na to da smo prije dvije godine pričali o prototipima gorivih ćelija, profesora smo pitali i šta je krajnji rezultat ovog projekta.

"Bavili smo se materijalima za elektrode u gorivnim ćelijama, ali i implementacijom tih materijala u realnom sistemu, što su uradile kolege iz Centra za napredne tehnologije, koji nas je i tada podržao kao krajnji korisnik. Jedan od saradnika sa tog projekta, koji je u okviru projekta završio i odbranio svoju disertaciju, sada je stalni saradnik CNT-a. Pozitivan ishod tog projekta je uspostavljanje kontakta sa investitorima i privrednicima i formiranje jednog start-upa kroz koji će se implementirati naša znanja. Neki od mladih istraživača su zaposleni na projektima izrade prototipa, što finansiraju privatni investitori. Osim CNT-a, krajnji korisnik je bila i jedna privatna kompanija, čija je saradnica magistrirala na mjerenjima gorive ćelije koju smo napravili. Kroz ovaj projekat, svi mladi saradnici koji su stipendisti će imati priliku da odu u Ljubljanu ili Beograd i provedu neko vrijeme u njihovim laboratorijama. U toku prošlog projekta nekoliko mladih istraživača je u Ljubljani i Beogradu prošlo obuku za rad na skenirajućem elektronskom mikroskopu, koji od nedavno imamo i na Odsjeku za fiziku našeg fakulteta.

Kada je riječ o saradnji sa NATO-om, Gutić ističe kako su iz Brisela dobili pozitivne povratne informacije.

"Najbolja povratna informacija jeste da dobijete pismo da je projekat opravdan naučno, finansijski i u praksi. Prošli projekat završio je naučnom konferencijom u Sarajevu u januaru. Bili su tu predstavnici programa NATO 'Nauka za mir i sigurnost', nakon čega je u Ministarstvu sigurnosti održan sastanak na kojem su predstavnici akademije mogli čuti detalje o programu, kao i iskustva nas koji smo bili finansirani. Ovo je četvrti projekat iz ovog NATO programa u Bosni i Hercegovini. U prvom je učestvovala jedna profesorica sa Univerziteta u Banjoj Luci, jedan je trenutno aktivan na sarajevskom ETF-u, dok je naš novi projekat drugi koji je dodijeljen PMF-u. Uslovi za finansiranje projekta po ovom programu su da sarađuju minimalno jedna zemlja članica NATO saveza, i jedna koja nije u članstvu, da projekat ima krajnjeg korisnika, i treće, ali ne manje bitno, da projekat bude u skladu sa jednim ili više NATO ključnih prioriteta iz programa 'Science for Peace and Security'", objašnjava.

Na kraju, profesor Gutić naglašava kako je saradnja između PMF-a te fakulteta u Ljubljani i Beogradu samo nastavak plodonosne saradnje koju su profesori imali i prije NATO projekata.

"Ovo su su projekti koji su lagani za menadžment. Brisel kontaktira Ljubljanu, koja koordinira projekat i komunicira sa Beogradom i nama. Jako su fleksibilni, naročito ako je saradnja normalna i prirodna. Igor, Nejc i ja se nismo udružili da bi aplicirali na projekat, mi smo i prije imali vrlo aktivnu saradnju. Studenti koji su kod mene završavali master, doktorske studije su nastavljali u grupi profesora Hodnika. Mladi kolega Hrnjić iz aktuelnog tima je četvrti student koji je iz naše laboratorije otišao na Hemijski institut u Ljubljani, ali se, na našu sreću odlučio vratiti i svoje znanje implementirati ovdje. Sa profesorom Hodnikom sam sarađivao i direktno, kao gostujući istraživač na Hemijskom institutu. S druge strane profesor Pašti mi je bio mentor na doktoratu, a nakon toga i prijatelj i jedan od najvažnijih saradnika. Naša saradnja je zapravo potpuno prirodna i iskrena, ali i vrlo aktivna. Mi smo sarađivali i kada nismo razmišljali o projektima. Tokom te saradnje se uradilo mnogo toga, tako da su NATO projekti zapravo došli kao potvrda i svojevrsna nagrada te saradnje ", zaključuje u razgovoru profesor Sanjin Gutić.