Новый способ получения водородного топлива, разработанный исследователями из Бирмингема, обходится дешевле существующих методов, сообщается на сайте Бирмингемского Университета.
Ирина Медведева
Профессор Юйлун Дин продемонстрировал термохимическое расщепление, при котором катализатор расщепляет воду на водород и кислород при относительно низких температурах, обеспечивая значительный выход водорода. Источник фото: University of Birmingham
«Более низкая общая температура процесса может позволить производить водород рядом с электростанциями, работающими на возобновляемых источниках энергии.
В таких отраслях, как сталелитейная, цементная, стекольная и химическая промышленность, образуется большое количество отработанного тепла, которое можно использовать в качестве источника тепла для низкотемпературного производства водорода.
Если водород будет использоваться на месте, это позволит преодолеть трудности, связанные с его хранением и транспортировкой, и использовать водородное топливо без необходимости в дорогостоящей инфраструктуре», — утверждает Профессор Юйлун Дин, Бирмингемский университет.
Предварительный анализ экономической эффективности показал, что при расщеплении воды с использованием перовскитного катализатора водород можно получить с меньшими затратами, чем при использовании «зеленого» водорода (полученного из воды путем электролиза) или «голубого» водорода (полученного из метана с улавливанием и хранением углерода). Преимущество в стоимости наиболее заметно в регионах с низкими тарифами на возобновляемые источники энергии, таких как Австралия.
Исследование проводилось в сотрудничестве с Пекинским университетом науки и технологий (USTB) и коммерциализируется в Великобритании и Европе Бирмингемским университетом. Компания University of Birmingham Enterprise подала заявку на патент, касающийся использования катализаторов BNCF для расщепления воды при низких температурах, и в настоящее время ищет партнеров для разработки этого перспективного подхода.
Почему термохимическое расщепление?
Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, но на Земле он встречается относительно редко в виде чистого газообразного водорода. В основном он содержится в других молекулах, чаще всего в воде и углеводородах, таких как природный газ, содержащий в основном метан, уголь или нефть. Чтобы получить водород, эти молекулы необходимо расщепить на составляющие.
Наиболее распространенный метод получения водорода — паровая конверсия метана. На его долю приходится почти половина производимого сегодня водорода, но в качестве побочного продукта образуется CO2, что снижает потенциал этого метода как источника безуглеродной энергии, если только он не сочетается с улавливанием и хранением углерода.
Электролиз — более экологичный метод получения водорода, но он конкурирует с более дешевым водородом, получаемым путем расщепления метана, и, следовательно, на его долю приходится лишь ~4% производимого водорода.
Фотонные методы используют свет для химического преобразования воды в водород, но они находятся на ранней стадии развития и сталкиваются со значительными трудностями в плане эффективности, масштабируемости и рентабельности.
О перовскитном катализаторе
Перовскиты — это кристаллические материалы, которые могут поглощать молекулы кислорода и расщеплять кислородсодержащие молекулы на составляющие.
Перовскиты бывают разных видов, но исследователи сосредоточились на тех, которые состоят из бария, ниобия, кальция и железа (перовскиты BNCF). Они легкодоступны, не требуют сложного синтеза и не содержат токсичных компонентов.
Исследование показало, что перовскиты BNCF принимают кислород в свою структуру при значительно более низких температурах, чем считалось ранее. Оптимальным составом был признан перовскит под названием BNCF100.
Исследование подтвердило, что катализатор можно регенерировать при более низких температурах, чем современные катализаторы для расщепления воды, и он сохраняет способность вырабатывать водород в течение 10 циклов производства. Рентгеноструктурный анализ показал, что структура катализатора практически не меняется.
Профессор Дин заявил: «Наше исследование выявило катализатор, способный вырабатывать значительное количество водорода при относительно низких температурах. Предварительное технико-экономическое исследование показало, что этот метод экономически выгоден по сравнению с традиционными «голубыми» и «зелёными» способами производства водорода».
Больше о технологиях водородной энергетики читайте в нашем журнале, — в Китае запущен первый проект по хранению водорода в соляной пещере объемом миллион кубометров.