Учёные СО РАН удешевили производство водорода в два раза
Слева: кварцевый реактор, облучаемый лазером с длиной волны 532 нм. Справа: лазер исследовательского класса. Автор: Ярослав Крафт / ФИЦ угля и углехимии СО РАН
Химики ФИЦ угля и углехимии Сибирского отделения РАН (Кемерово) создали способ получения водорода, который эффективнее электролиза ― классического способа синтеза «зелёного» водорода. Для получения водорода учёные окисляли частицы алюминия в воде под воздействием лазерного излучения. Расчёты показали, что эта технология затрачивает вдвое меньше энергии.
Чистый, или «зелёный», водород обычно получают методом электролиза: разложением воды на водород и кислород с помощью электрического тока, который используют от возобновляемых источников энергии. Главный недостаток такого метода — высокая стоимость, говорят авторы эксперимента. Удельные затраты электроэнергии на производство 1 кг водорода достигают 40 кВт в час, а цена — до $9 за 1 кг. Во многом из-за этого доля «зелёного» водорода на текущий момент не превышает 5% мирового объёма производства. Между тем водород ― один из наиболее перспективных кандидатов для энергетики будущего. Автомобили на водороде в некоторых странах используются уже сегодня, на очереди ― корабли, самолёты и не только.
Сибирским учёным удалось получить чистый водород с помощью разложения воды, а в качестве сырья они использовали суспензию из воды и нанопорошка алюминия, которую облучали лазером.
«Преимущество технологии в том, что лазерное излучение поглощается только частицами алюминия, а вода оптически прозрачна. Частицы алюминия покрыты оксидной оболочкой — облучение разрушает её, вода контактирует с металлическим ядром, и происходит химическая реакция с выделением водорода. Благодаря простоте процесса, выбранным компонентам и инструментам мы можем сократить затраты электроэнергии до 15–17 кВт в час на 1 кг водорода», — рассказал пресс-службе Центра НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» один из авторов разработки, научный сотрудник ФИЦ угля и углехимии СО РАН Ярослав Крафт.
В разговоре с корреспондентом «Научной России» учёный также сообщил, что в ближайшем будущем химики планируют заменить наночастицы на отходы металлообработки: алюминиевые опилки и стружки. Переработка вторичного сырья, по словам авторов исследования, ускорит внедрение технологии.
«В нашем регионе работает большое количество металлообрабатывающих предприятий, поэтому я думаю, что трудностей с получением вторичного сырья у нас не возникнет», — прокомментировал Ярослав Крафт.
При этом побочным продуктом процесса станет оксид алюминия, который можно использовать для производства адсорбентов, керамических материалов и в качестве носителя катализаторов. Химик также подчеркнул, что для масштабирования новой технологии не потребуется таких больших затрат, какие требует классический электролиз, если говорить о промышленном производстве водорода.
«Для промышленного производства зелёного водорода, это десятки тысяч тонн в год, требуется наличие дешёвой и чистой электроэнергии рядом: то есть по соседству с таким заводом должна находиться либо ГЭС, либо АЭС. Не все могут себе это позволить. Если же говорить о нашей технологии, то сам процесс довольно прост и эффективен: суспензия самостоятельно перемешивается в турбулентном режиме, достаточно комнатной температуры и атмосферного давления для протекания процесса, отсутствуют дополнительные химические соединения. Кроме того, лазер, который мы используем для получения водорода, по своему размеру компактнее электролизёра», ― рассказал «Научной России» Ярослав Крафт.
ФИЦ угля и углехимии Сибирского отделения РАН входит в консорциум Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа Сибирского отделения РАН. Специалисты центра и их партнёры проводят фундаментальные и прикладные исследования для внедрения методов получения и применения чистого водорода. Центр также занимается широким спектром исследований в области угольной промышленности — от оптимизации процессов разработки угольных месторождений до фундаментальных основ глубокой переработки сырья, в том числе создания новых углеродных материалов, композитов и сорбентов.
