Водород подает большие надежды как мощный и чистый источник топлива, если только процесс его создания также является зеленым. Новый отчет показывает, насколько сложно может быть получить по-настоящему зеленый водород, в то время как новое исследование устраняет препятствие для его создания.
Согласно статье, опубликованной сегодня в журнале Nature EnergyПо мнению исследователя Кианы де Кляйне из Университета Радбауд и Технологического университета Эйндховена в Нидерландах, производство водорода чаще всего приводит к увеличению содержания углекислого газа (CO2) в атмосфере. И это лишь отчасти потому, что часть его приходится на добычу природного газа.
Существуют более экологичные способы производства водорода, такие как использование солнечной энергии или ветра для обеспечения процесса, который отделяет его от молекул воды, но Де Кляйне утверждает, что в таких случаях необходимо учитывать углеродный след создания таких объектов. То же самое касается и того факта, что зеленая энергетика наиболее эффективна в местах с большим количеством солнца и ветра, таких как Африка или Бразилия, а это означает, что произведенный там водород затем необходимо транспортировать в остальной мир для использования, что опять же увеличивает выбросы углекислого газа. .
«Если вы посмотрите на весь жизненный цикл таким образом, зеленый водород часто, но, конечно, не всегда, приводит к увеличению выбросов CO2», — сказал Де Клейне. «Прирост выбросов CO2 обычно выше при использовании энергии ветра, а не солнечной энергии. В будущем ситуация улучшится, поскольку больше возобновляемой энергии будет использоваться, например, для производства ветряных турбин, солнечных панелей и стали для электролизеров».
Содержание
Водный слон в комнате
А пока может помочь новый прорыв в популярном процессе производства водорода, который называется протонообменной мембраной (ПЭМ).
PEM — это процесс электролиза воды, при котором водород отделяется от молекул воды. Помимо затрат на выбросы углерода в электроэнергии, которая питает этот процесс, PEM считается «зеленой» технологией, поскольку ее единственным выходом является кислород, а не углекислый газ. Проблема в том, что иридий — один из немногих элементов, способных противостоять суровой кислой среде, в которой молекулы воды расщепляются. А иридий очень трудно найти, так как это один из самых редких металлов на Земле, поэтому установки PEM сложно создать в больших масштабах.
Введите новое исследование Института фотонных наук (ICFO) в Испании. , подробно объяснено в следующем видео.
Новый катализатор раскрывает скрытую силу воды для производства экологически чистого водорода
По сути, исследователи ICFO создали анодный катализатор из более распространенных элементов: кобальта и вольфрама. Но чтобы защитить анод от прогнозируемой деградации в процессе электролиза, они пошли на уникальный шаг, пропитав оксид кобальта-вольфрама водой — тем самым веществом, в котором он создан для работы.
«В начале проекта мы были заинтригованы потенциальной ролью самой воды как слона в комнате в электролизе воды», — сказал Ранит Рам, первый автор исследования. «Никто ранее не занимался активным приспособлением воды и межфазной воды таким образом»
В результате во время процесса электролиза, когда новый анод разрушался из-за потери материала, вода и гидроксид — два соединения, преобладающие в процессе, — устремлялись внутрь, чтобы заполнить оставленные после себя отверстия. В результате получился своего рода водный экран, который предохранял анод от слишком быстрого разрушения.
Вся таблица Менделеева
В испытаниях с использованием реактора PEM новый материал исполнен превосходно.
«Мы увеличили плотность тока в пять раз, достигнув значения 1 А/см2 – очень сложной вехи в этой области», – сказал ведущий соавтор доктор Лу Ся. «Но главное, что мы также достигли более 600 часов стабильность при такой высокой плотности. Таким образом, мы достигли самой высокой плотности тока, а также самой высокой стабильности для неиридиевых катализаторов».
Хотя исследователи признают, что новый пропитанный водой сплав не остается стабильным до тех пор, пока существующие аноды, они говорят, что это открытие компенсирует это, демонстрируя эффективный подход PEM, который не зависит от дефицитных металлов. На самом деле, команда утверждает, что этот процесс может работать даже с другими материалами, что желательно, поскольку кобальт часто добывается из используемых шахт. детского труда.
«Кобальт, более распространенный, чем иридий, по-прежнему является очень тревожным материалом, учитывая, где он получен», — сказал участник исследования и профессор ICFO Гарсиа де Аркер. «Именно поэтому мы работаем над альтернативами на основе марганца, никеля и многих других материалов. При необходимости мы пройдемся по всей таблице Менделеева. И мы собираемся изучить и опробовать вместе с ними эту новую стратегию разработки катализаторов, которые у нас есть. сообщается в нашем исследовании».
Исследование PEM было опубликовано в журнале Science.
