Mnogo se piše o „autu na vodu“, o gorivnim ćelijama na vodik, o zelenom amonijaku, o tome kako će vodik postati zeleno gorivo budućnosti – ali ta dugo najavljivana budućnost nikako da počne. To govorim zato što se ideja o vodikovoj ekonomiji rodila 1972. godine i od tada – dakle već više od pola stoljeća – tisuće znanstvenika rade na njezinom ostvarenju, ali nikako da je ostvare. Tako je to u tehnici: ne treba pitati što se može, nego što se ne može učiniti. Zamisao se sama po sebi može činiti ostvarivom, ali koja korist od toga kada ona u konačnoj izvedbi uključuje neostvarivo. Da bi se došlo do upotrebljivog tehničkog rješenja treba savladati mnoge prepreke i to takve kojima se „genijalni izumitelj“, a i mnogi poslije njega, nisu ni najmanje nadali.

Kako se dobiva „zeleni vodik“ iz kojeg se, između ostalog, sintetizira „zeleni amonijak“ (izravnim spajanjem dušika i vodika, razumije se)? Pa, zna se (uči se već u osnovnoj školi): elektrolizom vode. Ta jednostavna i točno 225 godina stara tehnologija još uvijek nije dovoljno dobra, još uvijek teži usavršavanju. Razlog tome je što je ona povezana s velikim gubicima energije, koji dosežu i 40 %.  

Da bi se smanjili gubici uslijed električnog (omskog) otpora treba upotrijebiti elektrolit s najmanjim specifičnom otporom ili, što se svodi na isto, s najvećom specifičnom vodljivošću. Taj elektrolit je natrijeva ili, još bolje, kalijeva lužina. Lijepo zvuči, ali samo dok se ne dođe do prve prepreke. Ta prepreka se zove OER, što je kratica za „oxygen evolution reaction“, tj. reakcija oslobađanja kisika na anodi.

Hidroksidni ioni, OH^-, lako vode električnu struju ali kada od njih treba na anodi dobiti kisik, O₂, onda nastaje sto problema, koji se opet rješavaju na sto načina. Znanstvenici s jedne strane traže pogodne katalizatore i to ne samo za ubrzavanje procesa na anodi (OER), nego i za ubrzavanje procesa na katodi (HER, hydrogen evolution reaction). Usto odvajaju katodni od anodnog prostora membranom za izmjenu aniona (AEM, anion exchange membrane) kako bi hidroksidni ioni, koji nastaju na katodi (HER: 2 H₂O + 2 e^- → H₂ + 2 OH^-) lakše došli do anode i tamo se oksidirali u kisik (OER: 2 OH^- → 2 H⁺ + O₂ + 4 e^-). U ovoj, posljednoj reakciji (OER) nastaju vodikovi ioni, H⁺, koji uništavaju katalizator, NiFe-LDH, što je kratica za „NiFe-layered double hidroxide“, dakle slojeviti dvojni hidroksid željeza i nikla.

Rješenja problema pronašli su kineski znanstvenici te su svoj uspjeh objavili u časopisu Angewandte Chemie International Edition. Naslov njihovog znanstvenog rada, „Zwitterion-modified NiFe OER catalyst achieving ultrastable anion exchange membrane water electrolysis via dynamic alkaline microenvironment engineering“, je zamršen, ali mnogo kaže ako se pažljivo pročita. Kineski su znanstvenici naime modificirali katalizator na anodi tako da su ga zaštitili od pogubnog djelovanja kiseline (vodikovih iona!) koji se stvaraju reakcijom OER. To su postigli tako što su hidroksidne ione čvrsto vezali za katalizator umjesto da su ih pustili da slobodno putuju elektrolitom.

Način vezivanja hidroksidnih iona za površinu anode ili katalizatora kemijski je analogan vezivanju iona OH^- za anionsko-izmjenjivačku membranu (AEM). U oba se slučaja radi o ternarnim amonijevim ionima, dakle organskim spojevima sa skupinom >N⁺<, koja, razumije se, kao i svaki kation veže za sebe anione. Reakcijom kemikalije dugog imena koje se krati sa z-TCQ nastaje modificirani katalizator čija je kratica z-NiFe.

Mjerenja svojstava novog uređaja za elektrolizu vode pokazala su da on elektrolizira vodu (pri gustoći struje 1 A/cm²) već pri naponu od 1,76 V, što odgovara iskorištenju od 70 %. Još je važnije što je anoda mogla raditi i nakon 14.000 sati (583 dana) neprekidnog rada, dakle gotovo godinu i pol! To je najveće postignuće nove ćelije, što su autori spomenutog rada istaknuli već u naslovu („NiFe OER catalyst achieving ultrastable anion exchange membrane water electrolysis“). I sad da netko kaže kako je elektroliza vode jednostavna: staviš dvije žice u lužinu i pustiš struju!

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima  su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.