¦wiat potrzebuje ogniw paliwowych

Wodór

Z prof. ZBIGNIEWEM JERZYM GALUSEM z Wydzia³u Chemii Uniwersytetu Warszawskiego rozmawia WALDEMAR P£AWSKI.

– Jak najkrócej mo¿na scharakteryzowaæ dziedzinê, któr± Pan siê zajmuje?
– Moj± specjalno¶ci± jest elektrochemia. Dzieli siê ona na jonikê, gdzie badamy w³a¶ciwo¶ci substancji jonowych w roztworach ró¿nych rozpuszczalników i cia³ach sta³ych oraz na bardziej blisk± mi elektrodykê, która zajmuje siê reakcjami zwi±zków i jonów, przebiegaj±cymi na elektrodach.

– Czy s± jeszcze w elektrochemii zjawiska owiane tajemnic±? Jakie zagadki kryj± w sobie tak bliskie w zakresie zastosowañ galwanotechnika czy budowa akumulatorów?
– Tylko laikom mo¿e siê wydawaæ, i¿ elektrochemia jest nauk± zamkniêt±. Ona siê dzi¶ otwiera, np. na bioelektrochemiê czy elektrometalurgiê, wchodzi we wspó³pracê z innymi dziedzinami nauki i ich zastosowaniami, a przez to tworz± siê nowe jako¶ci.
Przed kilkunastu laty pojawi³y siê np. techniki powierzchniowe – spektroskopia, mikroskopia si³ atomowych i mikroskopia tunelowa, dziêki którym mo¿emy o wiele dok³adniej ni¿ kiedy¶ rozpoznawaæ stan powierzchni elektrod. W 2000 r., na Miêdzynarodowym Kongresie Towarzystwa Elektrochemicznego, wyg³osi³em referat podsumowuj±cy rozwój elektrochemii w ubieg³ym wieku. Podzieli³em stulecie na cztery okresy, a czwarty wyró¿ni³em w momencie, gdy wspomniane techniki mikroskopowe zaczê³y stawaæ siê coraz powszechniejsze. To dziêki nowym narzêdziom elektrochemia rozwija siê w wielu kierunkach, a my nauczyli¶my siê sterowaæ procesami zachodz±cymi na elektrodach. I to w sposób tak precyzyjny, ¿e potrafimy obecnie uk³adaæ na nich ró¿ne substancje, warstwa po warstwie i to w wymiarze atomowym.

– Czy jeste¶my mocni w elektrochemii w skali miêdzynarodowej?
– Chemia sta³a u nas zawsze na wysokim poziomie. Elektrochemia równie¿. Mieli¶my wiele osi±gniêæ w tej dziedzinie. Wystarczy wspomnieæ zmar³ego w 1985 r. prof. Wiktora Kemulê, z którym niegdy¶ wspó³pracowa³em. Mia³ katedrê na Uniwersytecie Warszawskim, zajmowa³ siê polarografi±, któr± studiowa³ jeszcze przed wojn± oraz rozwija³ metody woltamperometryczne. Prace nad wykorzystaniem elektrod rtêciowych mia³y w tamtym czasie du¿e znaczenie w elektroanalizie chemicznej i nadawa³y w pewnym zakresie ton w elektrochemii ¶wiatowej. Potem jednak nak³ady finansowe na te i podobne badania w innych pañstwach ros³y, a w Polsce niestety nie. Mimo to, nasza dzisiejsza elektrochemia jest nadal dobrze widoczna w ¶wiecie, publikujemy w dobrych czasopismach, koledzy pracuj± na stanowiskach profesorskich za granic±, g³ównie w USA i Kanadzie. Obecnie elektrochemia nie jest ju¿ tak relatywnie tani± dziedzin± badañ jak kiedy¶. Za ma³o anga¿ujemy w Polsce ¶rodków na pe³ne badania stanu powierzchni elektrod, za ma³o mamy nowoczesnych przyrz±dów. To zwiêksza nasz dystans wobec najlepszych.

– Jakie jest wiêc praktyczne znaczenie elektrochemii obecnie?

– Zasadnicz± czê¶æ wspó³czesnej elektrochemii stanowi± przemiany chemiczne, które zachodz± np. w ka¿dej baterii. Wiele urz±dzeñ, ka¿dy nowy zegarek ma jakie¶ ¼ród³o zasilania. I te ¼ród³a zasilania – coraz bardziej niezawodne, coraz d³u¿ej pracuj±ce – powstaj± dziêki badaniom i rozwojowi elektrochemii. Poszukuje siê coraz wydajniejszych akumulatorów oraz coraz lepszych ogniw paliwowych. Tutaj postêp istnieje, aczkolwiek mo¿e nie jest on w praktyce jeszcze dobrze widoczny.
Tradycyjne ogniwa, np. wystêpuj±ce w zegarkach, maj± okre¶lony czas pracy, uzale¿niony od zasobów materia³ów elektroaktywnych. Natomiast ogniwa paliwowe pracuj± w sposób ci±g³y i intensywno¶æ ich pracy mo¿e byæ na bie¿±co regulowana. S± ju¿ pierwsze urz±dzenia pracuj±ce na ogniwach paliwowych, przede wszystkim tlenowodorowych, opartych na wodorze. Jednak w ogniwach tego typu powierzchnie elektrod ulegaj±c zanieczyszczeniu spowalniaj± po¿±dane reakcje chemiczne. Szuka siê wiêc takich materia³ów, takich dodatków powierzchniowych, które zniweluj± ten niekorzystny efekt. Wi±¿e siê to z udoskonalaniem metod pozyskiwania czystego wodoru – g³ównie z procesu rozk³adu wody, w sposób w miarê ³atwy, bezpieczny i op³acalny na du¿± skalê. Istotnym problemem jest bezpieczne magazynowanie wodoru. Trwaj± równie¿ badania nad ogniwami, w których wykorzystywany jest metanol. Problemem s± na razie silne zanieczyszczenia powierzchni elektrod, które zmieniaj± w niekorzystny sposób ich w³asno¶ci. Stosowane s± w tych procesach elektrokatalizatory z metali szlachetnych, g³ównie z platyny, co jednak bardzo podra¿a ca³y proces. Wynalezienie efektywnych i niedrogich elektrokatalizatorów z innych materia³ów, otworzy³oby nowe perspektywy w tej dziedzinie.

– W czym specjalizuj± siê polscy elektrochemicy?
– Choæby w badaniach elektrod modyfikowanych. Modyfikowanie klasycznych przewodników ró¿nymi substancjami zmienia w³asno¶ci elektrod. Jest u nas du¿o prac, w których wykorzystuje siê do badañ np. elektrody wytworzone z polimerów przewodz±cych. Prowadzimy te¿ efektywne badania w zakresie ochrony przed korozj± oraz badania podstawowych procesów elektrochemicznych zachodz±cych w niecodziennych stanach i warunkach z u¿yciem elektrod o rozmiarach mikronowych. Zastosowanie takich elektrod otwiera nowe mo¿liwo¶ci poznania reakcji w ¶rodowiskach ma³o penetrowanych, np. w niektórych cia³ach sta³ych. Badania na poziomie molekularnym, stosowanie impulsów mikrosekundowych itp. wymagaj± u¿ycia najnowocze¶niejszej aparatury oraz przeprowadzania obliczeñ i symulacji komputerowych.

– Ma Pan ogromne do¶wiadczenie, ¿yciowe i zawodowe. Proszê powiedzieæ, czy nasi m³odzi naukowcy, chemicy ró¿ni± siê od kolegów z wcze¶niejszych roczników?
– Nie mam pewno¶ci, czy moja odpowied¼ bêdzie w pe³ni obiektywna. Ale zauwa¿am jedno – kiedy¶, gdy ja pracowa³em z m³odymi lud¼mi na tutejszym wydziale chemii – by³y to bardzo wyselekcjonowane jednostki. Z jednego rocznika zostawa³o na wydziale kilka najlepszych osób. Dzi¶ na wydziale mamy ponad 30 profesorów, jest studium doktoranckie, na które uczêszcza ...120 osób! Si³± rzeczy w tej grupie znajduj± siê ludzie, o których mówiê. Ale wiêkszo¶æ stanowi± chyba ci, dla których doktorat to nie tyle realizowanie ¿yciowej pasji i zainteresowañ naukowych przysz³ego uczonego, a raczej rodzaj jeszcze jednej szko³y. Pasjonaci i zapaleñcy s±, ale organizacja pracy na uczelniach stopniowo siê zmienia.

– Dziêkujê za rozmowê.

Prof. Zbigniew J. GALUS otrzyma³ nagrodê prezesa Rady Ministrów za 2003 r. za wybitny dorobek naukowy. Jest cz³onkiem Komisji Badañ na Rzecz Rozwoju Nauki dzia³aj±cej przy ministrze edukacji i nauki. Autor ok. 200 prac naukowych, redaktor naczelny „Polish Journal Chemistry”.

Tekst pochodzi z Biuletynu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wy¿szego, Artyku³ w dziale chemia, Wydanie: 2006 /1 - Nauka – wiele spraw do za³atwienia.
Foto: Sergo Kuruliszwili