Zašto vodik? Zašto se već desetljećima piše i govori o vodiku kao  „gorivu budućnosti“, a ta budućnost nikako da dođe? Je li, na kraju, vodik uopće gorivo, energent? U prirodi ne postoje ležišta vodika poput ležišta nafte i zemnog plina, iako – treba i to reći – taj najlakši od svih plinova nastaje i prirodnim procesima. Djelovanjem vruće vode na silikatne stijene nastaje, procesom serpentinizacije, uz nove minerale (serpentine) i plinoviti vodik, H₂. No taj se zapaljivi plin miješa sa zrakom i od njega čovjek nema nikakve koristi.

Vodik se međutim može proizvesti iz vode, a potom pohraniti, bilo u stlačenom ili tekućem stanju. Može se skadištiti u obliku svojih spojava, hidrida,  s magnezijem i drugim metalima. Može se pohraniti u kemijske spojeve, koji ga pri jednim uvjetima vežu, a pri drugim otpuštaju. No bez obzira kako se skladišti, vodik se može spajati s kisikom u vodu i pritom izravno stvarati električnu energiju. Za to služe gorivni članci, specijalne baterije koje su razvijene za potrebe leta na Mjesec. I onda se ljudi još pitaju koja korist od svemirskih istraživanja!

Drugo je pitanje proizvodnja. To je daleko složeniji problem nego što bi se moglo zaključiti iz jednostavnog školskog pokusa: stavite u vodu dvije elektrode,  a kad uključite struju na jednoj će se, katodi, razvijati vodik, a na drugoj, anodi, kisik. Da bi se  elektroliza vode pretvorila u tehnološki proces treba riješiti mnoge probleme, a prije svega povećati gustoću struje na elektrodama te smanjiti električni otpor ćelije. Usto bi trebalo, ako električnu energiju dobivamo od Sunca, nekako povezati fotonaponsku ploču s uređajem za elektrolizu. Takvim povezivanjem nastaje PEC –  fotoelektrokemijski (photo-electrochemical) uređaj ili, općenito, fotoelektrokemijski pristup problemu proizvodnje vodika iz obnovljivih izvora.

Nije to sve! Uskim povezivanjem uređaja za proizvodnju električne energije iz Sunčeve svjetlosti nastaje IPEC, integrirani PEC (integrated photo-electrochemical) sustav, a učinimo li još jedan korak dalje dolazimo do kratice CIPEC, što opet ne znači drugo nego koncentrirani IPEC (concentrated integrated photo-electrochemical) sustav.         

  Upravo su ovaj posljednji sustav, CIPEC,  nedavno razvili švicarski znanstvenici iz Politehničke škole u Lausanneu  te njegov opis objavili u svibanjskom broju časopisa Nature Energy. Kada se njihov rad podugačkog naslova, A thermally synergistic photo-electrochemical hydrogen generator operating under concentrated solar irradiation (Toplinski sinergistički fotoelektrokemijski generator vodika koji radi uz koncentrirano Sunčevo zračenje), pročita do kraja vidi se da uspjeli napraviti vrlo djelotvoran uređaj za pretvaranje energije Sunca u kemijsku energiju, energiju vodika.

Problem male veličine ćelije uz veliku gustoću struje (veće od 0,88 A/cm²) na elektrodama švicarski su znanstvenici riješili tako što su na fotonaponsku ploču (površine samo 1 cm²)  koncentrirali snagu i 400 puta veću od snage Sunčeva zračenja  (1 kW/m²). Da uslijed tolike gustoće zračenja koje se, razumije se, većinom pretvara u toplinu ne bi pregorjela fotonaponska ploča a elektrolit se pretvorio u paru, izveli su protok elektrolita kroz ćeliju (brzinom od 4 L/min) čime su osigurali njezino hlađenje na temperaturu nižu od 30 ^oC.  Zahvaljući upravo sustavu hlađenja mogli su smanjiti razmak između elektroda i time sniziti električni otpor. Zbog male udaljenosti elektroda sredstvo za hlađenje – čistu deioniziranu vodu – mogli su upotrijebiti i kao elektrolit iako je vodljivost  vode bila samo 0,1 μS/cm. Takav elektrolit očito nije štetan za okoliš, za razliku od koncentrirane kalijeve ili natrijeve lužine koje se obično nalaze u ćelijama za elektrolizu.

Uza sve nabrojene prednosti, nova je ćelija za elektrolizu uspjela pretvoriti, pri gustoći zračenja 474 kW/m²,  17 % Sunčeve energije u energiju goriva (vodika). Pri tome su postignute gustoće struje od 6,04 A/cm² na fotonaponskoj ploči, te već spomenutih 0,88 A/cm² na elektrodama. Zahvaljujući pak koncentriranju zračenja postiže se bolje iskorištavanje Sunčeve energije, a s druge se strane štedi na materijalu, jer se postižu 400 puta veće snage po jediničnoj površini fotonaponske ploče nego kada se ona nalazi na krovu.

Na kraju će se čitatelj zapitati: „Čemu sve ovo petljanje oko vodika kada se električna energija može izravno skladištiti u baterije?“ To je točno, no baterije, posebice one litij-ionske su skupe, a materijali za njihovu izradu su rijetki. No ako mi je dozvoljeno malo zaviriti u budućnost, u njoj vidim automobile pokretane litij-ionskim ili još naprednijim vrstama baterija, ali također vidim autobuse, kamione, lokomotive i brodove pokretane strujom iz vodikovih gorivnih ćelija. Baterije će zamijeniti pogon na benzin, a vodik pogon na dizel. Tako će nekako biti.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za mrežne stranice  Zg-magazina te za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. U časopisu Kemija u industriji je stalni komentator te  urednik rubrike „Kemija u nastavi“. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.