Wodór bywa przedstawiany jako jedno z paliw przyszłości. Ma ważną zaletę: podczas spalania nie powstaje dwutlenek węgla, sadza ani związki siarki. Produktem reakcji wodoru z tlenem jest przede wszystkim para wodna. To dlatego wodór pojawia się w scenariuszach transformacji energetycznej, zwłaszcza tam, gdzie trudno szybko zastąpić paliwa gazowe lub ciekłe energią elektryczną.

Taki obraz jest jednak niepełny. W praktyce wodór rzadko spala się w czystym tlenie. Najczęściej proces zachodzi w powietrzu, które składa się głównie z azotu. W bardzo wysokiej temperaturze płomienia azot i tlen mogą reagować, tworząc tlenki azotu, oznaczane zbiorczo jako NOx. Są to gazy ważne z punktu widzenia jakości powietrza: podrażniają drogi oddechowe, biorą udział w powstawaniu smogu i kwaśnych opadów. Wodór rozwiązuje więc problem emisji CO2 przy spalaniu, ale nie usuwa automatycznie wszystkich zagrożeń środowiskowych.

Tym problemem zajęli się Dominik Kreft i Konrad Marszałkowski z Politechniki Gdańskiej oraz Karol Szczodrowski z Uniwersytetu Gdańskiego. W pracy opublikowanej w Scientific Reports (doi: 10.1038/s41598-026-39200-4) sprawdzili, czy spaliny powstające przy spalaniu wodoru można oczyszczać z tlenków azotu za pomocą promieniowania ultrafioletowego. Badacze analizowali rozwiązanie przeznaczone potencjalnie dla kotłów wodorowych, które w zastosowaniach grzewczych mogą być tańsze i sprawniejsze niż ogniwa paliwowe.

Zastosowana metoda to bezpośrednia fotoliza. W uproszczeniu polega ona na tym, że fotony promieniowania UV dostarczają cząsteczkom energii potrzebnej do zerwania niektórych wiązań chemicznych. Można to porównać do bardzo precyzyjnego uderzenia: cząsteczka pochłania energię i rozpada się lub przechodzi w inną postać chemiczną. W przypadku spalin wodorowych sprawa jest jednak złożona, bo jednocześnie zachodzi wiele reakcji. Tlenek azotu NO może zostać rozbity, ale może też utlenić się do dwutlenku azotu NO2. Dlatego sama redukcja stężenia NO nie wystarcza.

Trzeba sprawdzić, czy po naświetlaniu spada łączna ilość wszystkich tlenków azotu, czyli NOx, a nie tylko zmieniają się proporcje między NO i NO2.

Badacze zbudowali laboratoryjne stanowisko z palnikiem zasilanym mieszaniną wodoru i tlenu, pionowym reaktorem, lampą UV oraz analizatorem spalin. Sprawdzali, jak zmienia się stężenie NO, NO2 i całkowitego NOx przy różnych przepływach gazu oraz różnych ciśnieniach zasilania palnika. W doświadczeniu porównano także działanie lamp o różnej mocy.

Po włączeniu lampy stężenie NO wyraźnie spadało - w badanych warunkach nawet do zera. Jednocześnie rosło jednak stężenie NO2, co oznacza, że część tlenku azotu była przekształcana w inną formę tlenków azotu. Dlatego o skutecznym oczyszczaniu można mówić dopiero wtedy, gdy spada łączna zawartość NOx, a nie tylko zmieniają się proporcje między NO i NO2. Taki efekt autorzy zaobserwowali przy wyższych początkowych stężeniach tlenków azotu.

Największy spadek NOx opisany dla konkretnego punktu pomiarowego uzyskano przy przepływie 2,6 dm3/s, ciśnieniu zasilania 100 kPa i lampie UV 160 W. W tych warunkach stężenie NOx zmniejszyło się z 20,84 ppm do 18,59 ppm, czyli o 12,1 proc. W analizie zależności od jednostkowej gęstości energii autorzy podają natomiast maksymalny efekt oczyszczania na poziomie 10,8 proc. Ważna okazała się wartość początkowa: gdy stężenie NOx było niższe niż około 17–18 ppm, uruchomienie lampy UV nie poprawiało jakości spalin, a w części warunków prowadziło do wzrostu mierzonego NOx.

To pokazuje, że badana technologia jest obiecująca, ale jeszcze daleka od gotowego rozwiązania przemysłowego. Trzeba dobrać odpowiednią długość fali promieniowania, zwiększyć sprawność źródła UV, ograniczyć zużycie energii i sprawdzić metodę przy wyższych stężeniach zanieczyszczeń oraz w większej skali. Niezbędne są też zabezpieczenia, ponieważ promieniowanie UV może być szkodliwe dla skóry i oczu.

Badania pokazują, że przejście na nowe paliwa wymaga dokładnego sprawdzania całych procesów technologicznych, a nie tylko porównania produktów spalania. Wodór może być paliwem niskoemisyjnym pod względem CO2, ale jego wykorzystanie w kotłach, silnikach czy instalacjach przemysłowych wymaga kontroli innych zanieczyszczeń. Dopiero wtedy można mówić o technologii rzeczywiście przyjaznej środowisku. (PAP)

kmp/ zan/