Pamatojoties uz nestabilo situāciju enerģētikas jomā ne vien Eiropā, bet visā pasaulē, valstis arvien skaidrāk savā nākotnes energoapgādē paredz vietu ūdeņradim kā alternatīvam enerģijas avotam, kas spētu risināt šobrīd vairāk nekā jebkad aktuālās enerģētikas problēmas.
Cilvēce jau gadsimtiem ir sapņojusi par enerģijas avotu, kas būtu neizsīkstošs un brīvi pieejams visiem. Ūdeņradis ticis uzlūkots kā viens no potenciālajiem šādas enerģijas avotiem. 1875. gadā izdotajā Žila Verna romānā Noslēpumu sala (II daļa, 11. nodaļa) galvenais varonis Sairess Smits saka: “Jā, mīļie draugi, es domāju, ka ūdeni reiz lietos kā kurināmo materiālu, ka ūdeņradis un skābeklis, no kā tas sastāv, lietoti atsevišķi vai abi kopā, sniegs neizsmeļamu siltuma un gaismas avotu un daudz intensīvāku nekā ogles. Kādreiz tvaikoņu katlus un lokomotīvju tenderus ogļu vietā pildīs abas šīs gāzes saspiestā veidā un, krāsnīs degdamas, attīstīs milzīgu enerģiju… Tātad es esmu pārliecināts, ka, ogļu krājumiem izsīkstot, ūdens kļūs par kurināmo materiālu. Ūdens ir nākotnes ogles.” Uz to domīgs draugs atbildēja: “To es gribētu pieredzēt”.
Tam ir savi iemesli, jo ūdeņradis ir visizplatītākais elements Visumā. Uz Zemes ūdeņradis atrodas okeānos, ledājos, upēs un ezeros, taču lielākoties tas sastopams dažādu savienojumu veidā, piemēram, ūdens un metālu hidrīdu. Ūdeņradis ietilpst arī organisko savienojumu struktūrā - ogļūdeņražos, ko jau šobrīd izmantojam gan pašu darbināšanai, gan fosilos kurināmos.
LU Cietvielu fizikas institūtā ūdeņraža enerģētikas tehnoloģiju pētījumi notiek jau kopš institūta pirmsākumiem, bet 2005. gadā tika izveidota īpaša Ūdeņraža enerģētikas materiālu laboratorija Dr.phys. Jāņa Klepera – zinātnieka, kurš savu akadēmisko un pētniecisko darbību ir veltījis ūdeņraža iegūšanas un uzkrāšanas tehnoloģiju pētījumiem – vadībā. Paplašinoties pētījumu laukam, 2017. gadā J. Klepera vadītā laboratorija tika pārdēvēta par Enerģijas iegūšanas un uzkrāšanas materiālu laboratoriju.
Šobrīd laboratorijā tiek pētīti ūdeņraža enerģētikas jautājumi un izstrādāti materiāli un tehnoloģijas ūdeņraža iegūšanai elektrolīzes, fotoelektrolīzes procesos, tā uzkrāšanai metālhidrīdos un nanostrukturētos kompozītu materiālos, kā arī izmantošanai ūdeņraža jonus vadošās membrānās. Viens no laboratorijas pētniecības virzieniem ir jaunu materiālu un tehnoloģiju pētījumi atjaunīgajiem energoresursiem un ūdeņraža enerģētikai, veicinot Latvijas pāreju uz zema/nulles oglekļa ekonomiku.
Laboratorijas zinātnieki analizē esošās dabasgāzes cauruļvadu un uzglabāšanas sistēmas izmantošanas perspektīvas, ņemot vērā iespējamo ūdeņraža ieguves un izmantošanas apjomu palielināšanos, izvērtējot iespēju esošās iekārtas pielāgot daļējai vai pilnīgai ūdeņraža transportēšanai un uzglabāšanai, kā arī prognozējamo tehnoloģisko attīstību ūdeņraža ieguvei no metāna, kā, piemēram, tas ir plānots projektā “INNOHYPPY”, ko LU CFI īstenos sadarbībā ar Lietuvas Enerģētikas institūtu un Jozefa Stefana institūtu Slovēnijā. “INNOHYPPY” tiks pētīta lielas virsmas materiālu pārklāšana ar katalizatoru, kas paaugstinātā temperatūrā metānu pārvērtīs par ūdeņradi un pārpalikuma oglekli izmantos, piemēram, sensoros. |
“INNOHYPPY” procesa shēma
|
“AliCE-WHy” procesa shēma un makets | Tāpat tiek pētīts ūdeņradis kā enerģijas nesējs neprognozējamo atjaunīgo energoresursu (vējš, saule) saražotās enerģijas uzkrāšanai un attiecīgo materiālu un tehnoloģiju optimizēšanas iespējas. Papildus tiek vērtēta atkritumu alumīnija iespējamā loma tīra ūdeņraža ieguvē un patiesā alumīnija pārstrādē, sekmējot, cita starpā, aprites ekonomiku projektā “AliCE-WHy”, kurā sadarbībā ar Lietuvas un Islandes kolēģiem tiek izstrādāts prototips elektrības iegūšanai no atkritumu alumīnija un pilna pārpalikumu materiālu pārvēršana gamma alumīnija oksīdā. |
Pirms 18 gadiem LU CFI bija viens no Latvijas Ūdeņraža asociācijas dibinātājiem, kuras mērķi ir paātrināt zinātnisko un tehnoloģisko progresu ūdeņraža tehnoloģiju jomā, sekmēt ūdeņraža tehnoloģiju ieviešanu un veicināt pētniecības un valsts iestāžu, kā arī ūdeņraža tehnoloģiju ražotāju sadarbību kopīgos vietēja mēroga un starptautiskos projektos. Šobrīd LU CFI Ūdeņraža asociācijas uzdevumā izpilda P2X jeb tehnoloģijas, kura nodrošina elektroenerģijas pārvēršanu ūdeņradī, pilotpētījumu Latvenergo par iespējamu ūdeņraža ražošanu TEC vajadzībām.
Latvijā izveidots arī Viedās ūdeņraža enerģētikas zinātnes un inovāciju centrs, kurā darbojas LU CFI un vairākas citas organizācijas un uzņēmumi. Centrs piedāvā ASV, Lielbritānijas, Igaunijas, Ukrainas, Bulgārijas un Lietuvas uzņēmējiem kopā veidot viedās enerģētikas sistēmas ūdeņraža tehnoloģiju izmantošanai un Latvijas zinātnes ūdeņraža tehnoloģisko risinājumu pārnesi.
Ūdeņraža iegūšanas tehnoloģiju izpētē aktīvi iesaistās arī citu LU CFI laboratoriju zinātnieki, un jaunas tehnoloģijas tiek attīstītas arī sadarbībā ar citām Latvijas zinātniskajām institūcijām. Viens no šādas sadarbības rezultātiem ir pētījums “Inovatīva amfotērā atsaistītā elektrolīze – vienkāršs koncepts, lai šķeltu ūdeni un ražotu H2 ar augstu efektivitāti lētā un drošā veidā”, kuru Latvijas Zinātņu akadēmija (LZA) atzina par vienu no 2022. gada nozīmīgākajiem sasniegumiem Latvijas zinātnē.
2022. gada nogalē, Jāņa Klepera pienesums ūdeņraža iegūšanas tehnoloģijās novērtēts ar Gada balvu enerģētikā, ko ik gadu pasniedz Latvenergo un LZA rīkotā konkursa uzvarētajiem.
2022. gada decembrī LU CFI parakstīja memorandu par ūdeņraža tehnoloģiju attīstību, kura mērķis ir veicināt spēcīgu un vienotu ūdeņraža ekosistēmas un attiecīgo tehnoloģiju attīstību, kā arī paātrināt ūdeņraža inovāciju, infrastruktūras, ražošanas un pielietojuma ieviešanu un kapacitāti Latvijā, sniedzot iespēju ūdeņraža nozarei attīstīties, atbilstoši Eiropas Savienības noteiktajiem mērķiem, radot gan pienesumu Latvijas ekonomikai, gan veicinot klimata mērķu sasniegšanu.
