Vätgas är det perfekta gröna bränslet – det kan utvinnas ur vatten och är inte förorenande. Men även om väte är det vanligaste grundämnet i universum, det förekommer inte naturligt i stora mängder som en gas på jorden.

Vätgas är det perfekta gröna bränslet – det kan utvinnas ur vatten och är inte förorenande. Men även om väte är det vanligaste grundämnet i universum, det förekommer inte naturligt i stora mängder som en gas på jorden.

Tävlingen pågår för att hitta billiga, effektiv, icke-förorenande sätt att generera och lagra väte. Det har länge varit känt att en elektrisk ström gör att vattenelementen - väte och syre - splittras för att producera väte och syrgas i en process som kallas elektrolys. Denna process kan också vändas för att generera elektricitet när väte och syrgas interagerar i en bränslecell (NASA har använt bränsleceller för att driva satelliter och rymdkapslar sedan 1960-talet).

Tills nyligen, kostnaden för el har varit en vägspärr för att producera industriella mängder vätgas genom elektrolys. Men lågkostnadsteknik för förnybar el har tagit bort denna barriär.

Ett annat hinder är att en effektiv delning av vatten till vätgas och syrgas har krävt sällsynta och dyra metallkatalysatorer som platina och iridium. Iridium är ett av de sällsynta och mest kostsamma grundämnena på jorden - det bärs ofta hit av meteoriter. Och även de mest stabila iridiumbaserade katalysatorerna tål endast elektrolys under en kort tid.

"Om du ökar temperaturen under rinnande vattenelektrolys, den iridiumbaserade katalysatorn kommer att lösas upp och du förlorar den, " förklarar Dr Alexandr Simonov från Monash School of Chemistry. "Detta är det värsta som kan hända, att lösa upp något som kostar hundratals dollar per gram. Det kan också gå in i andra komponenter i din elektrolytiska enhet, förorenar dem och hindrar dem från att fungera korrekt."

De första vattenelektrolysörerna använde alkaliskt vatten, och detta förblir det traditionella tillvägagångssättet, Dr Simonov säger. Men mer avancerad och effektiv teknik använder en sur miljö, använder fasta elektrolyter – tyvärr, Katalysatorerna tål inte denna miljö länge.

Dr Simonov och medlemmar av hans forskargrupp, inklusive Dr. Manjunath Chatti och James Gardiner, har gjort en upptäckt med enorm potential för att lösa instabilitetsproblemet, göra vätegenerering genom vattenelektrolys mer ekonomiskt lönsam.

"Vi ersätter iridium med element som är rikligt, billig, och fungerar på ett mer stabilt sätt, " Dr Simonov säger. "Vi har visat deras stabilitet i mycket starkt sura förhållanden och upp till 80°C, vilket är en industriellt relevant temperatur. Vi uppnådde absolut ingen degradering."

Dr Simonov beskriver systemet han utvecklar med sitt team som "självläkande". Eftersom alla metaller – även iridium – löses upp under elektrolys, forskarna undrade om det upplösta materialet kunde återavsättas på elektroden under drift.

"Det visade sig att det kan " säger han. "Vi har producerat en mycket aktiv elektrodyta baserad på rikligt med metaller som upprätthåller industriellt relevanta hastigheter för vattenklyvning." Den höga temperaturen och den starkt sura miljön "gör vårt senaste arbete annorlunda än i stort sett alla i vetenskapliga världen, och för oss närmare industriapplikationer, " han säger.

Australian Renewable Energy Agency (ARENA) finansierar ytterligare forskning, med målet att producera större effektivitet och utveckla en skalbar elektrodtillverkningsprocess, lämplig för industrin. Dr Simonov och hans team arbetar för att uppnå detta mål med Monash kemiprofessor Douglas MacFarlane och medarbetare från Australian National University, Professor Antonio Tricoli och professor Yun Liu.

Australien, med sin rikliga sol och vind, har potential att bli en supermakt för förnybar energi. Genom att använda elektrolys, vätgas skulle kunna skapas från överskottsel av el som genereras av stora förnybara elprojekt. Detta väte skulle kunna användas som bränsle inom Australien och exporteras till länder som är hungriga efter alternativ för fossila bränslen.

Vätgasdrivna bussar är nu på väg i Brasilien, och Sydkorea och Japan har redan visat ett starkt engagemang för att anta vätgasdrivna fordon och väte som sin huvudsakliga energibärare.

Federal Resources Minister Matt Canavan undertecknade denna vecka en avsiktsförklaring med Sydkorea om att utveckla en väteplan före årets slut, signalerar den australiensiska regeringens avsikt att bredda exportpotentialen. Insatsen sammanfaller med släppet av en Geoscience Australia-rapport som utnämner landet som en framtida "världsledare" på området.

Men vätgas är mycket brännbart, och att transportera den innebär vissa utmaningar. En framtida möjlighet är att omvandla gasen till ammoniak. Detta mål utforskas också av Dr. Simonov och kollegor inom Monash Ammoniak Project som leds av professor MacFarlane.

Dr Simonov säger att under tiden, energileverantören AGL undersöker hur elektrolysgenombrottet kan skalas upp för att lägga till hållbart producerat väte till naturgasledningar i Australien, som ett sätt att minska koldioxidutsläppen. Väte används redan på detta sätt på norra halvklotet, Dr Simonov säger. Ett annat ledande australiensiskt företag som visar stort intresse för vätgasteknik är Woodside, som har gjort betydande investeringar i Monash-forskning.

Dr Simonov och professor MacFarlane samarbetar också med ett framväxande australiensiskt företag, ANT Energy Solutions, som utvecklar en bärbar väteelektrolysör med finansiering från programmet Cooperative Research Centers. En bärbar enhet skulle kunna lastas på en lastbil och transporteras till varhelst billig förnybar energi är tillgänglig, Dr Simonov säger.