Новая вода

Австралийские ученые утверждают, что они разработали гораздо более дешевый и эффективный способ выделения водорода из воды, используя легкодоступные железные и никелевые катализаторы вместо дорогих, редких рутениевых, платиновых и иридиевых катализаторов, предпочитаемых нынешними крупными производителями водорода, которые стоят буквально в тысячи раз дороже.

Много внимания уделяется развитию идеи «водородной экономики», в которой сжатое водородное топливо станет таким же распространенным источником энергии, как бензин, а автомобили на топливных элементах займут место в транспортной структуре наряду с двигателями внутреннего сгорания и электромобилями.

Вчера мы писали о первом в мире транспортном корабле для перевозки жидкого водорода, предназначенном для перевозки по воде произведенного в Австралии водорода для использования в Японии в качестве экологически чистой энергии. Однако сейчас Австралия производит водород одним из самых грязных способов: используя бурый уголь, процесс, который требует 160 тонн угля для производства трех тонн сжатого жидкого водорода, с чудовищными 100 тоннами углекислого газа в качестве побочного продукта. продукт.

Водородный пирог «чистой энергии», особенно в Японии и Корее, оценивается в триллионы долларов в ближайшие десятилетия, поэтому многие старатели чуют огромные возможности для экспорта энергии, но на самом деле, пока математика не начнет складывать в сторону более экологичных способов производства водорода, экологические издержки производства этого материала в больших количествах могут быть огромными.

«Зеленый» способ получения водорода — выделить его из воды с помощью электролиза. Вы наливаете воду в контейнер с парой электродов и подаете питание. Кислород собирается на аноде, водород на катоде, и если электричество, которое вы вложили в этот процесс, вырабатывалось устойчивым образом, то поздравляю, вы получили по-настоящему экологически чистый водород – при условии, что вы не возите его в дизельных грузовиках. и корабли, и энергия, которую вы используете для сжатия и переохлаждения, тоже зеленая.

Проблема до сих пор заключалась в том, что расщепление воды является дорогостоящим и неэффективным, что затрудняет конкуренцию зеленому водороду с коричневым водородом или даже с бензином. Все это делает недавнюю разработку исследовательской группы из трех крупнейших австралийских университетов – UNSW, Griffith и Swinburne – интересной и значимой.

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, команда заявила, что ей удалось заменить дорогую платину на углеродном катализаторе, используя «катализатор наночастиц Януса с интерфейсом оксида никеля и железа». «Насколько нам известно, на сегодняшний день зафиксирован самый высокий уровень энергоэффективности (83,7 процента)».

«Что мы делаем, так это покрываем электроды нашим катализатором, чтобы снизить потребление энергии», — говорит профессор Школы химии UNSW Чуан Чжао. «В этом катализаторе есть крошечная наноразмерная граница, где железо и никель встречаются на атомном уровне, что становится активным местом расщепления воды. Именно здесь водород можно отделить от кислорода и захватить в качестве топлива, а кислород можно быть выброшены как экологически чистые отходы».

«Наноразмерный интерфейс фундаментально меняет свойства этих материалов», — продолжает он. «Наши результаты показывают, что никель-железный катализатор может быть таким же активным в производстве водорода, как и платиновый. Дополнительным преимуществом является то, что наш никель-железный электрод может катализировать выработку как водорода, так и кислорода, поэтому мы не только можем сократить производственные затраты на использование богатых на Земле элементов, но и затраты на производство одного катализатора вместо двух».

Еще неизвестно, как это развитие может повлиять на стоимость крупномасштабного производства водорода, но Чжао настроен весьма оптимистично: «Мы говорили о водородной экономике уже целую вечность, но на этот раз похоже, что она действительно наступит».

Еще неизвестно, смогут ли такие страны, как Австралия, получить достаточное количество солнечных или ветряных генераторов, чтобы стать экспортерами по-настоящему «зеленого» водорода в масштабах, которые могли бы существенно повлиять на уровень смога в Токио или Сеуле. Или действительно, если такие голодные к экспорту страны пожалеют об отправке больших объемов своей воды за границу в виде топлива. До тех пор, пока каучук не войдет в международную цепочку поставок водорода, здоровая степень скептицизма, по-видимому, оправдана.