Исследователи получили новые катализаторы для производства чистого водорода
Новое исследование конструкции катализаторов провели специалисты университета штата Орегон (Oregon State University – OSU). Они получили образцы катализаторов и показали, что водород можно получать с меньшими затратами и большей эффективностью, чем при использовании современных коммерческих катализаторов.
Катализатор представляет собой вещество, увеличивающее скорость химической реакции без каких-либо постоянных химических изменений. Результаты, которые получили исследователи из университета Орегон, важны, поскольку производство водорода играет важную роль в различных сферах жизни человека. Руководитель исследования профессор инженерного факультета OSU – Чжэньсин Фэн (Zhenxing Feng) отметил, что водород используется для производства ряда искусственных материалов, при рафинирование металлов, производстве химикатов и т. п. Кроме того, он востребован в развивающемся секторе электромобилей для производства водородных топливных элементов.
Как сказал Фен, производство водорода из воды посредством электрохимического каталитического процесса является более чистым и экологическим безопасным по сравнению со стандартным способом получения водорода из природного газа с образованием диоксида углерода (паровой риформинг метана). Однако высокая стоимость более чистого метода является его препятствием для распространения на рынке. Исследовательская группа Фэна получила новые катализаторы, которые помогут повысить эффективность производство водорода и снизить стоимость затрат. Результаты своей работы они опубликовали в журнале Science Advances.
Как сказал Чжэньсин Фэн, катализаторы в процессе работы часто подвергаются структурным изменениям из-за взаимодействия с окружающей их средой. В некоторых случаях эти изменения обратимы, а в некоторых необратимы. Необратимая реструктуризация снижает стабильность катализатора и приводит к потере его каталитической активности. Это отрицательно сказывается на эффективности протекающей реакции.
Исследователи изучали реструктуризацию катализаторов во время реакции, а затем изменяли их структуру и состав поверхности в атомном масштабе. Целью было достижение высокоэффективного каталитического процесса производства водорода. Они создали образцы катализаторов на основе аморфного гидроксида иридия. Согласно результатам исследования, эффективность по сравнению со стандартным коммерческим катализатором (оксид иридия) была выше почти на три порядка.
Учёные говорят, что обнаружили, по крайней мере, две группы материалов, которые значительно лучше подходят на роль катализаторов для производства водорода. Фенг говорит, что их коммерческое внедрение поможет производить водород по цене 2$ за килограмм, при отработке технологии – по 1$ за кг. Это даже дешевле, чем процесс загрязнения окружающей среды в нынешних отраслях промышленности.
Управление технологий водородных и топливных элементов Министерства энергетики США установило контрольные показатели технологии, которые пригодны для производства чистого водорода, на уровне 2$ за один килограмм к 2025 году и 1$ за кг к 2030 году. Это показатели, установленные в рамках достижения цели Hydrogen Energy Earthshot по сокращению затрат на экологически чистый водород на 80% (с 5 до 1 $/кг) за десятилетие.
Технология электролиза воды для производства чистого водорода, на которой сосредоточена группой исследователей под руководством Фэна, использует электричество из возобновляемых источников. В результате получается экологически чистый водород. При этом пока эффективность расщепления воды остаётся низкой. Причина в основном заключается в высоком перенапряжении. Это разница между теоретическим и практическим потенциалом электрохимической реакции. А, точнее, ключевой полуреакции выделения кислорода или OER.
Катализаторы имеют решающее значение для ускорения реакции расщепления воды. Увеличение их эффективности обеспечит снижение перенапряжения и общие затраты на производство водорода. Как сказал Фенг, основу для получения образцов катализаторов заложило ещё их первое исследование. Теперь же они смогли лучше манипулировать атомами на поверхности материала для создания катализаторов с желаемой структурой и составом.
Исследование специалистов OSU было поддержано министерством энергетики США. Группа ученых сотрудничала с такими научными учреждениями, как Аргоннская национальная лаборатория, Техасским университетом, Пекинским университетом, Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией, Северо-Западным университетом, Южно-Китайским технологическим университетом, Кембриджским университетом, Калифорнийским университетом в Беркли.
(голосов: 2, в среднем: 3,50 из 5)
Загрузка...
Многое не понятно в статье, например сколько нужно сжечь ( мазута, угля, природного газа) чтобы получить электро энергию для электролиза ,,экологичискичистого водорода»…?
Для этого электролиза используется электроэнергия с ветровых и солнечных станций.