Создан катализатор для дешевого производства водорода

Несмотря на бурное развитие возобновляемых источников энергии и электромобилей, этого недостаточно для полного отказа от ископаемого топлива, уверены аналитики. Важной частью чистой энергетики должен стать водород.

Водород уже более полувека считается «топливом будущего», однако из-за сложности с синтезом и хранением, потенциал этого газа долгое время оставался нереализованным. Согласно новому докладу Международного энергетического агентства (МЭА), в наши дни у водорода наконец появился шанс стать важной частью мировой энергосистемы, создан катализатор для его дешевого производства.

Американские химики из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и университетов штатов Орегон и Вашингтон протестовали фосфид молибдена в качестве катализатора для получения водорода из воды. Новая разработка оказалась эффективной даже признанных лидеров в этом направлении — катализаторов на основе платиновых металлов.

Водород — это легчайший элемент во Вселенной. К тому же он абсолютно экологичен, потому, что конечный продукт его сгорания — только обычная вода. Но на Земле водород чаще всего существует в смеси с другими элементами, а значит, его нужно получать химическим путем. Чтобы использовать чистую энергию водорода для энергетических и других целей, исследователи кропотливо изучают доступные способы производства и хранения этого газа.

Самый распространенный процесс получения водорода — электролиз водных растворов солей. Раствор солей, имеющих в своем составе катион сильного основания и анион сильной кислоты, способен выделять в своем электролизе водород и кислород. Но минус этого процесса в том, что он является энергозатратным и для его протекания необходимо использовать дорогой катализатор на основе платиновых металлов. Поэтому ученые во всем мире стремятся разработать более эффективный и с меньшими затратами электроэнергии способ производства этого газа, который позволил бы вывести водородную энергетику на новый уровень.

Дешевое производство водорода могли бы обеспечить ферментативные реакции. Но процесс ферментации идет медленно, его выход низкий, а поток продукта требует дорогого очистки от побочных продуктов. На сегодня существуют микробные электролизные ячейки, которые используют бактерии, чтобы производить водород. Однако их создание также дорого из-за использования платиновой основы.

Авторы новой работы разработали катализатор для микробных клеток, который призван заменить платиносодержащие соединения и снизить себестоимость конечных продуктов реакции. Ученые создали гибридную конструкцию, в которой ферментация и электролиз происходят вместе, а не на отдельных этапах даже побочные продукты расходуются в процессе, а не накапливаются в среде.

Катализатором является фосфид молибдена. На самом деле этот материал состоит из двух фаз — монфосфида и дифосфида. Дифосфид в этой системе «отделяет» атомы водорода от молекул воды, а монофосфид соединяет атомы легкого элемента в молекулы. Исследователи провели свои эксперименты в нейтральных условиях рН как в гибридной клетке с использованием сточных вод, так и в другом лабораторном реакторе с использованием морской воды. Оказалось, что метод позволяет надежно получать водород из воды практически в любых водных средах и будет намного дешевле использования платины.

В последнее время, несмотря на бурное развитие возобновляемых источников энергии и систем ее хранения, в некоторых сферах разумнее использовать именно водородное топливо. Это касается, например, дальних перевозок или сталелитейного производства. Кроме того, производство водорода может стать решением для стран, которые не имеют соответствующих условий для развития солнечной или ветровой энергетики. Аналитики МЭА в середине текущего года официально заявили, что важной частью мировой энергосистемы станет именно водород. Поэтому, дешевое производство водорода, значительно ускорит этот процесс.

По материалам источника:

На этом пока все.smiley Но не забывайте пожалуйста поделиться прочитанным с друзьями!