Innowacyjna Technologia Przechowywania Wodoru od hiPower Institute of Materials

Wodór jest kluczowym elementem przyszłości energetyki odnawialnej, ale jego przechowywanie, transport i przesyłanie wiążą się z wyzwaniami, takimi jak straty spowodowane przenikaniem gazu przez materiały. hiPower Institute of Materials, powiązany z Politechniką Wrocławską, opracował przełomową technologię powłok barierowych, która minimalizuje te straty, osiągając niemal 100-procentową skuteczność w zatrzymywaniu wodoru. Rozwiązanie oparte na metodzie zol-żel zostało potwierdzone w testach przeprowadzonych w certyfikowanym laboratorium w Niemczech. Artykuł szczegółowo omawia tę technologię, jej znaczenie dla gospodarki wodorowej, proces powlekania, wyniki badań oraz potencjalne zastosowania, opierając się na dostępnych źródłach (stan na 7 maja 2025).

hiPower Institute of Materials: Profil i Misja

Powiązanie z Politechniką Wrocławską

hiPower Institute of Materials to jednostka działająca w ramach Akademickiego Inkubatora Przedsiębiorczości Politechniki Wrocławskiej. Specjalizuje się w opracowywaniu materiałów funkcjonalnych, takich jak powłoki, nanocząstki i aerożele, dostosowanych do potrzeb przemysłu. Jak podaje strona inkubator.pwr.edu.pl, instytut łączy wieloletnie doświadczenie naukowe, udokumentowane publikacjami, patentami i projektami, z innowacyjnym podejściem do zastosowań przemysłowych.

Skupienie na Gospodarce Wodorowej

hiPower Institute koncentruje się na rozwiązaniach dla gospodarki wodorowej, szczególnie na powłokach barierowych minimalizujących przenikanie wodoru. Ich prace odpowiadają na globalne zapotrzebowanie na bezpieczne i efektywne technologie magazynowania i transportu wodoru, kluczowe dla zastosowań w energetyce, przemyśle chemicznym i transporcie.

Technologia Powłok Barierowych

Problem Przenikania Wodoru

Wodór, ze względu na mały rozmiar cząsteczek (promień molekularny ok. 37 pm), łatwo przenika przez materiały konstrukcyjne, takie jak stal czy polimery, powodując straty gazu i ryzyko kruchości wodorowej (hydrogen embrittlement). Jak zauważono w artykule na mdpi.com, powłoki barierowe o niskiej dyfuzji i rozpuszczalności wodoru są niezbędne, by umożliwić stosowanie ekonomicznych stali lub lekkich materiałów w infrastrukturze wodorowej.

Metoda Zol-Żel w hiPower Institute

hiPower Institute opracował powłoki barierowe przy użyciu metody zol-żel, która pozwala na tworzenie cienkich, submikronowych warstw nieorganicznych (np. krzemionkowych, tlenkowych) oraz hybrydowych organiczno-nieorganicznych. Proces zol-żel polega na przekształcaniu ciekłych prekursorów (np. alkoksylanów) w stałe materiały poprzez reakcje chemiczne, takie jak hydroliza i kondensacja, a następnie nakładanie ich na powierzchnię metodą zanurzeniową, natryskową lub wirową.

Zalety metody zol-żel w wykonaniu hiPower obejmują:

• Precyzja: Możliwość tworzenia warstw o grubości od 100 nm do kilku mikrometrów.
• Elastyczność: Dostosowanie składu chemicznego powłok (np. domieszkowanie) do specyficznych wymagań.
• Skalowalność: Opracowany system nanoszenia powłok umożliwia aplikację na wielkoformatowe powierzchnie i złożone geometrie, takie jak wnętrze rur czy zbiorników.

Skład Powłok

Choć dokładny skład powłok hiPower nie jest publicznie dostępny ze względu na know-how, źródła wskazują, że bazują one na materiałach tlenkowych, takich jak Al2O3, ZrO2 lub krzemionka, które są znane z niskiej przepuszczalności wodoru. Artykuł na mdpi.com podkreśla, że Al2O3 jest jednym z najskuteczniejszych materiałów barierowych, osiągając współczynnik redukcji przepuszczalności (PRF) rzędu 1000–6000 w temperaturach 500–700°C. hiPower prawdopodobnie stosuje hybrydowe powłoki organiczno-nieorganiczne, które łączą szczelność ceramiki z elastycznością polimerów, jak sugerują badania Fraunhofer ISC nad powłokami ORMOCER®.

Testy i Wyniki

Certyfikowane Laboratorium w Niemczech

Skuteczność powłok hiPower została potwierdzona w testach przeprowadzonych w niezależnym, certyfikowanym laboratorium komercyjnym w Niemczech. Jak podaje magazynprzemyslowy.pl, powłoka wykazała niemal 100-procentową skuteczność w zatrzymywaniu wodoru, z przenikaniem cząstek mieszczącym się w dolnych granicach czułości narzędzi pomiarowych. Wyniki były tak przełomowe, że laboratorium przeprowadziło dodatkową kalibrację urządzeń, by potwierdzić ich poprawność.

Warunki Testów

Testy obejmowały badania przenikalności wodoru w warunkach wysokociśnieniowych, co odzwierciedla rzeczywiste scenariusze magazynowania i transportu wodoru. Przełomowe wyniki wskazują, że powłoka hiPower znacząco przewyższa istniejące rozwiązania, takie jak powłoki Al2O3 czy ZrO2 wytwarzane metodami PVD/CVD, które osiągają PRF rzędu 300–1000.

Znaczenie dla Gospodarki Wodorowej

Redukcja Strat Wodoru

Powłoki hiPower minimalizują straty wodoru podczas magazynowania, transportu i przesyłania, co zwiększa efektywność infrastruktury wodorowej. Straty gazu w tradycyjnych zbiornikach stalowych mogą wynosić nawet kilka procent rocznie, co podnosi koszty operacyjne. Rozwiązanie hiPower pozwala na obniżenie tych strat do poziomu bliskiego zeru, co czyni technologię atrakcyjną dla przemysłu energetycznego i transportowego.

Zastosowania w Praktyce

Technologia hiPower ma potencjalne zastosowania w:

• Zbiornikach wodorowych: Zwiększenie szczelności zbiorników w pojazdach wodorowych i stacjach tankowania.
• Rurociągach: Ochrona infrastruktury przesyłowej przed wyciekami wodoru.
• Przemysł ciężki: Zabezpieczenie reaktorów i instalacji chemicznych wykorzystujących wodór.
• Energetyka odnawialna: Wsparcie produkcji i magazynowania zielonego wodoru w elektrolizerach i ogniwach paliwowych.

Współpraca Nauki i Biznesu

hiPower Institute zawarł umowę licencyjną z Politechniką Wrocławską, uzyskując wyłączne prawa do know-how technologii powłok barierowych. Jak podkreśla Rafał Gnojnicki, prezes hiPower, jest to kamień milowy w komercjalizacji badań, łączący naukę z potrzebami przemysłu.

Wyzwania i Ograniczenia

Porowatość Powłok Zol-Żel

Metoda zol-żel, mimo swoich zalet, może prowadzić do powstawania nanoporowatych warstw, które zmniejszają szczelność. Jak wskazano w artykule na mdpi.com, badacze tacy jak Zhang i Hatano stosowali techniki elektrochemicznego uszczelniania porów (np. ZrO2 i Al2O3), by poprawić właściwości barierowe. hiPower prawdopodobnie opracował własne metody minimalizowania porowatości, co potwierdzają wyniki testów, ale szczegóły pozostają chronione jako know-how.

Koszty i Skalowalność

Procesy zol-żel są tańsze niż metody próżniowe (PVD/CVD), ale wymagają precyzyjnego sterowania, co może zwiększać koszty początkowe. hiPower twierdzi, że ich system nanoszenia powłok jest skalowalny i dostosowany do zastosowań przemysłowych, co może zniwelować tę barierę.

Konkurencja

Inne instytucje, takie jak Fraunhofer IFAM i Fraunhofer ISC, również rozwijają powłoki barierowe, np. oparte na polimerach z pigmentami lub materiałach ORMOCER®. Rozwiązanie hiPower wyróżnia się jednak niemal 100-procentową skutecznością i elastycznością aplikacji, co daje mu przewagę konkurencyjną.

Perspektywy i Przyszłość

Wpływ na Przemysł Wodorowy

Technologia hiPower może zrewolucjonizować sektor wodorowy, umożliwiając bezpieczniejsze i tańsze magazynowanie oraz transport wodoru. W kontekście unijnych celów neutralności klimatycznej do 2050 roku, takie rozwiązania są kluczowe dla skalowania produkcji zielonego wodoru.

Dalsze Badania

hiPower Institute planuje dalszy rozwój powłok, w tym ich adaptację do innych zastosowań, takich jak powłoki antykorozyjne, izolacje termiczne czy nośniki leków. Współpraca z Politechniką Wrocławską i międzynarodowymi laboratoriami może przyspieszyć komercjalizację technologii.

Potencjalne Wyzwania

Długoterminowe testy w rzeczywistych warunkach operacyjnych (np. zmienne temperatury, ciśnienia) będą kluczowe dla potwierdzenia trwałości powłok. Ponadto, regulacje dotyczące certyfikacji materiałów wodorowych w UE mogą wymagać dodatkowych badań.

Podsumowanie

hiPower Institute of Materials, we współpracy z Politechniką Wrocławską, opracował innowacyjną technologię powłok barierowych opartych na metodzie zol-żel, która osiąga niemal 100-procentową skuteczność w zapobieganiu stratom wodoru. Testy w certyfikowanym laboratorium w Niemczech potwierdziły wyjątkową szczelność powłok, co stawia hiPower w czołówce globalnych innowacji wodorowych. Technologia ma potencjał do zastosowań w zbiornikach, rurociągach i przemyśle energetycznym, przyczyniając się do rozwoju gospodarki wodorowej. Wyzwania, takie jak porowatość powłok czy koszty skalowania, wydają się być skutecznie adresowane przez hiPower, co czyni ich rozwiązanie obiecującym krokiem w kierunku zrównoważonej energetyki.

Jeśli potrzebujesz szczegółów na temat konkretnych zastosowań (np. w motoryzacji) lub analizy porównawczej z innymi technologiami, daj znać!

Źródła:

• Strony internetowe: inkubator.pwr.edu.pl, magazynprzemyslowy.pl, glowny-mechanik.pl.
• Artykuły naukowe: mdpi.com (Preventing Hydrogen Embrittlement, Recent Advances in Hydrogen Permeation Barrier Materials).
• Projekty badawcze: Fraunhofer ISC, Fraunhofer IFAM.