Toksyczny fosforowodór, powstający m.in. w przemyśle, może stać się surowcem do produkcji materiałów wykorzystywanych przy wytwarzaniu zielonego wodoru. Naukowcy opracowali metodę wychwytywania tego niebezpiecznego gazu za pomocą tlenku niklu, a następnie przekształcania go w wydajny elektrokatalizator. W ten sposób zanieczyszczenia przemysłowe mogą stać się narzędziem dla energetyki.

Fosforowodór w przemyśle

Przemysł wykorzystujący fosfor może być źródłem nie tylko cennych produktów, ale również niebezpiecznych zanieczyszczeń. Jednym z nich jest fosforowodór (PH₃) – silnie toksyczny gaz powstający m.in. w procesach związanych z produkcją żółtego fosforu, wytopem stopów żelaza oraz produkcją półprzewodników. Jego emisja stanowi zagrożenie zarówno dla zdrowia ludzi, jak i środowiska. 

Problem nabiera znaczenia wraz ze skalą przemysłu fosforowego. Globalne wydobycieskał fosforanowych przekracza 220 mln ton rocznie, co oznacza również powstawanie dużych ilości gazów odlotowych zawierających fosforowodór.

Naukowcy poszukują różnych sposobów usuwania PH₃. Wśród stosowanych podejść znajdują się m.in. rozkład katalityczny, adsorpcja na materiałach stałych oraz połączenie adsorpcji z utlenianiem. Problemem pozostaje jednak trwałość materiałów wykorzystywanych do wychwytywania fosforowodoru – aktywne miejsca na powierzchni adsorbentu stopniowo się zużywają, przez co materiał traci swoje właściwości. Jego ponowne wykorzystanie zazwyczaj wymaga regeneracji w wysokiej temperaturze, co wiąże się ze znacznym zużyciem energii. W niektórych przypadkach konieczne jest ogrzewanie materiału do temperatur przekraczających 500°C.

Reaktor słoneczny produkuje wodór z odpadów PET. Prototyp ma powierzchnię 1 m²

Reakcja tlenku niklu

Zespół z Uniwersytetu Tsinghua wykorzystał w tym celu tlenek niklu (NiO). Badacze przygotowali go w formie niewielkich kulek i wykorzystali jako adsorbent do wychwytywania PH₃ z gazu. W przeprowadzonych eksperymentach NiO usunął ponad 99% fosforowodoru w ciągu 105 minut w temperaturze 380°C. Łączna zdolność adsorpcyjna materiału wyniosła 314,43 mg PH₃ na gram adsorbentu.

Co ważne, podczas wychwytywania fosforowodoru NiO reagował z PH₃ i przekształcał się w fosforki niklu. W efekcie materiał, który początkowo był adsorbentem oczyszczającym gaz, zyskał inne właściwości. Badacze wykorzystali tę przemianę do stworzenia substancji przeznaczonych do elektrolitycznej produkcji wodoru.

Od adsorbentu do katalizatora

Jak podkreśla zespół, fosforki niklu mogą być stosowane jako katalizatory w reakcji wydzielania wodoru z wody, a w tym przypadku fosfor potrzebny do ich powstania pochodził właśnie z wychwyconego wcześniej fosforowodoru. Opracowana metoda pozwala więc najpierw oczyścić gaz z toksycznego związku, a następnie wykorzystać go do przygotowania materiału przydatnego w produkcji wodoru.

Naukowcy odkryli, że najlepsze właściwości miał materiał, w którym połączono dwa rodzaje fosforków niklu – Ni₂P i Ni₅P₄. Taka struktura, oznaczona jako SNO-3, ułatwiała przepływ elektronów i przyspieszała reakcję potrzebną do produkcji wodoru. Badacze sprawdzili również trwałość materiału – po 5000 cyklach testów jego właściwości zmieniły się tylko nieznacznie. W kolejnym eksperymencie katalizator działał stabilnie przez ponad 20 godzin zarówno w środowisku zasadowym, jak i kwaśnym.

Wyniki pokazują więc możliwość połączenia dwóch procesów: usuwania toksycznego fosforowodoru z gazów przemysłowych oraz wykorzystania go do przygotowania materiału wspomagającego produkcję wodoru.

Rozwój zielonego wodoru w Polsce i UE

Polska jest trzecim największym producentem wodoru w Unii Europejskiej, jednak niemal cały obecnie wytwarzany wodór pochodzi z paliw kopalnych, co wiąże się z wysokimi emisjami CO₂. Eksperci podkreślają, że przejście na zielony wodór mogłoby pomóc w dekarbonizacji przemysłu, jednak jego produkcja, zgodna z unijnymi wymogami RFNBO, pozostaje droższa od alternatyw, takich jak biometan czy niebieski wodór z CCS. Jak wynika z raportu Instrat, pod koniec 2025 roku w UE działały lub były w fazie realizacji elektrolizery o łącznej mocy zaledwie 3,8 GW, podczas gdy do spełnienia unijnych celów na 2030 roku potrzebne jest około 24 GW.

Jednocześnie badania nad wykorzystaniem toksycznego fosforowodoru z Uniwersytetu Tsinghua pokazują, że rozwój technologii wodorowych może iść w kierunku wykorzystywania toksycznych gazów i odpadów jako surowców do tworzenia katalizatorów.

Zobacz też: Nordycko-Bałtycki Korytarz Wodorowy budzi duże zainteresowanie firm. Deklarowany popyt sięga 87% przepustowości

Źródła: Sciopen, Science Direct, Instrat

Fot: Canva

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.