U ruci mi je jedna ruska knjižica što sam je kupio još 1977. godine,  kada su se takve, ruske knjige, knjižice i knjižurine, mogle kupiti za cijenu dnevnih novina. Njezin je naslov posve kratak (i jasan): Vodik – gorivo budućnosti. No ta budućnost nikako da dođe unatoč tome što vodik ima sve vrline dobrog, da ne kažem idealnog goriva. Vodik, H₂, da se malo podsjetimo kemije, je plin bez boje, okusa i mirisa; njegova je energetska vrijednost 120 MJ/kg, što je dva puta više od energetske vrijednosti zemnog plina, metana (46 MJ/kg) ili benzina (52 MJ/kg). Pri gorenju ili, još bolje, oksidaciji u gorivnim člancima, od vodika ne nastaje ništa drugo osim čiste vode, H₂O. Ni govora dakle ne može biti o onečišćenju atmosfere stakleničkim i inim plinovima (ugljikovim dioksidom i monoksidom, duškovim oksidima…), a još manje teškim metalima i lebdećim česticama. „Po mišljenju autora vodik je tvar koja može riješiti energetske i s njima povezane ekološke probleme“, kažu autori u uvodu rečene knjižice, no ti problemi ni dan danas nisu riješeni, ni s vodikom ni bez njega.

Razlog tome je jednostavan. Vodik nije primarni izvor energije. Ne postoje ležišta vodika kao što postoje ležišta prirodnog plina, iako – i to se mora reći – mnogo vodika nastaje prirodnim putem,  djelovanjem bakterija i trošenjem silikatnih stijena (serpentinizacija). No taj se vodik odmah miješa sa zrakom, iz kojeg se ne može, razumije se, izvojiti. Vodik se može dobiti iz vode, ali za to treba utrošiti energiju. Postoje mnogo tehnoloških postupka za termičko razlaganje vode, uz upotrebu najrazličitijih katalizatora. No mnogo su perspektivniji postupci koji idu za time da sunčevu energiju, energiju zračenja matične nam zvijezde izravno upotrebe za razlaganje vode. Riječ je o fotokatalizatorima.

Dobra nam vijest u tom smislu dolazi iz Azije. U članku što su ga sedmorica kineskih i japanskih znansvenika objavili krajem kolovoza u znanstvenom časopisu Journal of American Chemical Society izvijestili su o tome  kako su uspjeli napraviti pločicu koja osvjetljena suncem razlaže vodu na u vodik. Iako je poznato već mnogo takvih uređaja,  novi fotokatalizator ima barem dvije prednosti. Prije svega on ne sadržava nikakav toksičan ili skupocjen metal, potput platine, a usto je napravljen od ekološki prihvatljivih materijala, naime spojeva ugljika, dušika i fosfora (sva tri elementa su čak biogena).  Druga mu je prednost što ne iskorištava samo svjetlost nego i nevidljivo infracrveno zračenje.

Evo o čemu se radi. Na pločicu koja se sastoji od grafita i ugljikova nitrida nanosi se nehomogeni sloj („krpice“) crnoga fosfora (BP). Ono što je  svim trima tvarima zajedničko je  da su u njihovim molekulama atomi (ugljika, dušika ili fosfora) povezani u heksagonsku mrežu. Sloj grafita i ugljikova nitrida (CN) apsorbira vidljivo zračenje, valne duljine veće od 780 nm. Sloj crnog fosfora, koji leži na njemu, apsorbira pak blisko infracrveno zračenje, valne duljine veće od 420 nm. Rezultat je prijenos elektrona na vodu, pri čemu nastaje elementarni, plinoviti vodik, H₂.

Da upravo kombinacija ugljikova nitrida s crnim fosforom, malo poznatom alotropskom modifikacijom tog elementa (više je poznat izrazito zapaljiv bijeli fosfor te mnogo pitomiji crveni fosfor) igra odlučujuću ulogu pokazuju pokusi iz kojih se vidi kako ni CN ni BP sami za sebe ne mogu razlagati vodu. To čini tek njihova kombinacija, najbolje u masenom omjeru 1:4 (PB:CN), postižući maksimalnu aktivnost od 475 mikromola po gramu i satu. Drugim riječima, kilogram dvojnog sloja ugljikova nitrida i crnoga fosfora može za sat vremena proizvesti, ako se izloži sunčevom zračenju, deset litara vodika.

To nije mnogo. Nije mnogo već zato što odgovara stupnju iskorištenja od samo 1,5 %, dakle desetak puta manje nego kod fotonaponskih ploča. No zašto ne pretvarati sunčevo zračenje prvo u električnu struju, a potom tom strujom, iskoristivši je za elektrolizu vode dobivati vodik?

Razloga je mnogo koji govore protiv takvog rješenja. Fotokatalitičke ploče bi trebale biti mnogo jeftinije od fotonaponskih, jer imaju manje dijelova (ne treba iz povezivati u strujni krug), a ove o kojima je riječ napravljene su usto od jeftinog i za okoliš bezopasnog materijala. Možda je vodik doista „gorivo budućnosti“? Živi bili pa vidjeli!

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, umirovljeni je znanstveni savjetnik u trajnome zvanju koji je čitav radni vijek proveo na zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada baveći se teorijskom i bioanorganskom kemijom. Sedam je godina bio glavni urednik Prirode, a sada je urednik rubrike Kemija u nastavni u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti, rezultat koje su stotine znanstveno-popularnih članaka, 12 znanstveno-popularnih knjiga i 7 izložbi u Tehničkom muzeju Nikola Tesla. Uskoro mu izlazi još jedna znanstveno-popularna knjiga, ovaj put na temu novih teorija o postanku života na Zemlji.