Ученые Массачусетского технологического института открыли новый интригующий способ производства водородного топлива, используя только банки из-под газировки, морскую воду и кофейную гущу. Команда утверждает, что химическую реакцию можно использовать для питания двигателей или топливных элементов в морских транспортных средствах, которые всасывают морскую воду.
Водород играет важную роль в игре по декарбонизации производства энергии — он полностью сгорает, обладает высокой энергетической плотностью, и при использовании в топливных элементах единственным побочным продуктом является вода. Но одним из основных препятствий является то, что его трудно хранить и транспортировать, поскольку крошечные молекулы имеют тенденцию просачиваться прямо через контейнеры и трубы. Это не только означает потери, но и избыток водорода может нанести ущерб атмосфере.
Но будущие системы, основанные на новой технологии MIT, могли бы эффективно производить водород по требованию прямо в транспортном средстве. Единственное, что нужно было бы возить и хранить, — это алюминиевые гранулы, которые гораздо более стабильны и с которыми легче работать.
В ходе испытаний одна гранула алюминия весом всего 0,3 г (0,01 унции), помещенная в свежую деионизированную воду, произвела 400 мл водорода всего за пять минут. Команда подсчитала, что при увеличении масштаба один грамм гранул может произвести поразительные 1,3 л (0,3 галлона) водорода за пять минут.
Метод основан на довольно простой химической реакции: алюминий очень сильно реагирует с кислородом. Поэтому, когда вы окунаете его в воду, он быстро вымывает O из H2O, оставляя молекулярный водород, который пузырится. Проблема в том, что этот процесс обычно длится недолго. По мере того, как это происходит, на поверхности металла образуется тонкий слой оксида алюминия, который блокирует дальнейшее взаимодействие чистого алюминия с кислородом.
Предыдущие исследования показали, что смешивание с другими металлами, такими как галлий, может снять тормоза, разрушая слой оксида алюминия по мере его формирования. В этом случае команда предварительно обработала алюминиевые гранулы сплавом галлия и индия, что позволило реакции длиться дольше.
Алюминий «активируется» путем погружения гранул в сплав галлия и индияТони Пулсон
Одним из потенциальных недостатков является то, что галлий и индий редки и дороги. Но исследователи обнаружили, что проведение реакции в ионном растворе привело к тому, что сплав слипся в форму, которую можно вычерпнуть и использовать повторно. Удобно, что морская вода является ионным раствором.
Следующая проблема заключалась в том, что реакция в морской воде протекала гораздо медленнее, и требовалось около двух часов, чтобы получить то количество водорода, которое в пресной воде производилось за пять минут. В ходе экспериментов на помощь пришел неожиданный конечный ингредиент. Когда команда бросила немного старой кофейной гущи, реакция значительно ускорилась, вернувшись всего к пяти минутам. При более внимательном рассмотрении ключ был идентифицирован как имидазол, соединение в кофеине.
Исследователи предполагают, что их рецепт станет основой практического водородного реактора, который может быть особенно полезен для питания морских транспортных средств.
«Это очень интересно для морских применений, таких как лодки или подводные аппараты, потому что вам не придется носить с собой морскую воду — она легко доступна», — сказал Али Комбарги, ведущий автор исследования. «Нам также не придется носить с собой бак с водородом. Вместо этого мы будем перевозить алюминий в качестве «топлива» и просто добавлять воду для получения необходимого нам водорода».
Первым испытанием идеи станет небольшой подводный планер, который, по их расчетам, сможет работать до 30 дней подряд, перекачивая морскую воду из окружающей среды через реактор, содержащий около 40 фунтов (18 кг) алюминиевых гранул.
«Мы показываем новый способ производства водородного топлива, не перевозя водород, а перевозя алюминий в качестве «топлива», — сказал Комбарги. «Следующая часть — выяснить, как использовать это для грузовиков, поездов и, возможно, самолетов. Возможно, вместо того, чтобы возить еще и воду, мы могли бы извлекать воду из влажности окружающей среды для производства водорода. Это в перспективе».
Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports Physical Science. Демонстрацию реакции можно увидеть на видео ниже.
Экологичный способ получения водородного топлива
