Сибирский водород получили из воды с помощью лазера: новый метод и его перспективы.
Водород — один из самых перспективных источников энергии для низкоуглеродной экономики. Однако его производство требует больших затрат электричества, которое часто получают из ископаемого топлива. Ученые Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения РАН (ФИЦ УУХ СО РАН) нашли способ снизить энергопотребление на получение водорода вдвое. Они использовали лазерное облучение для разложения воды с добавлением алюминиевого порошка. Результаты их работы опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy.
ФИЦ УУХ СО РАН является членом консорциума Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа СО РАН. В рамках этого проекта специалисты центра и их партнеры проводят фундаментальные и прикладные исследования для разработки и внедрения новых методов получения и применения чистого водорода.
Самым экологичным способом получения водорода является электролиз — разложение воды на водород и кислород с помощью электрического тока. Если электричество производится из возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи или ветряные генераторы, то такой водород называют «зеленым». Однако этот метод имеет существенный недостаток — высокую стоимость. Для производства одного килограмма водорода требуется около 40 кВт·ч электроэнергии. Из-за этого доля «зеленого» водорода не превышает 5% от мирового объема производства.
Химики ФИЦ УУХ СО РАН предложили альтернативный способ получения водорода, который потребляет вдвое меньше энергии. Они использовали суспензию из воды и нанопорошка алюминия, которую облучали лазером.
Лазерное излучение поглощается только частицами алюминия, а вода остается оптически прозрачной. Частицы алюминия покрыты оксидной оболочкой, которая разрушается под действием лазера. Вода контактирует с металлическим ядром и происходит химическая реакция с выделением водорода.
— один из авторов разработки, научный сотрудник ФИЦ угля и углехимии СО РАН Ярослав Крафт.
Побочным продуктом процесса является оксид алюминия, который можно использовать для производства адсорбентов и керамических материалов, а также в качестве носителя катализаторов. Это уменьшает экологическую нагрузку и повышает экономическую эффективность технологии.
Сибирские ученые планируют заменить наночастицы на отходы металлообработки в ближайшем будущем. Они также отмечают, что в их регионе работает большое количество металлообрабатывающих предприятий, поэтому трудностей с получением вторичного сырья у них не возникнет.
Однако для реализации этой идеи необходимо провести дополнительные эксперименты по определению оптимальных параметров лазерного разложения воды с использованием отходов металлообработки. В частности, нужно учитывать размер, форму и состав частиц алюминия, а также их взаимодействие с лазерным излучением и водой. Также нужно обеспечить однородность и стабильность суспензии из воды и алюминия, чтобы избежать осаждения частиц на дне реактора.
ФИЦ УУХ СО РАН является членом консорциума Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа СО РАН. В рамках этого проекта специалисты центра и их партнеры проводят фундаментальные и прикладные исследования для разработки и внедрения новых методов получения и применения чистого водорода.
Самым экологичным способом получения водорода является электролиз — разложение воды на водород и кислород с помощью электрического тока. Если электричество производится из возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи или ветряные генераторы, то такой водород называют «зеленым». Однако этот метод имеет существенный недостаток — высокую стоимость. Для производства одного килограмма водорода требуется около 40 кВт·ч электроэнергии. Из-за этого доля «зеленого» водорода не превышает 5% от мирового объема производства.
Химики ФИЦ УУХ СО РАН предложили альтернативный способ получения водорода, который потребляет вдвое меньше энергии. Они использовали суспензию из воды и нанопорошка алюминия, которую облучали лазером.
Лазерное излучение поглощается только частицами алюминия, а вода остается оптически прозрачной. Частицы алюминия покрыты оксидной оболочкой, которая разрушается под действием лазера. Вода контактирует с металлическим ядром и происходит химическая реакция с выделением водорода.
Наш лазер исследовательского класса и характеристики его излучения даже избыточны для промышленного получения водорода данным методом. Предлагаемую технологию можно масштабировать, используя доступные коммерческие полупроводниковые лазеры. Наши расчеты показывают, что производительность модуля с использованием одного источника лазерного излучения составит 2.5–3 м3 водорода в час. Если их объединить в кластер, то можно достичь показателей промышленного электролизера, только система получится более компактной и дешевой
— один из авторов разработки, научный сотрудник ФИЦ угля и углехимии СО РАН Ярослав Крафт.
Побочным продуктом процесса является оксид алюминия, который можно использовать для производства адсорбентов и керамических материалов, а также в качестве носителя катализаторов. Это уменьшает экологическую нагрузку и повышает экономическую эффективность технологии.
Сибирские ученые планируют заменить наночастицы на отходы металлообработки в ближайшем будущем. Они также отмечают, что в их регионе работает большое количество металлообрабатывающих предприятий, поэтому трудностей с получением вторичного сырья у них не возникнет.
Однако для реализации этой идеи необходимо провести дополнительные эксперименты по определению оптимальных параметров лазерного разложения воды с использованием отходов металлообработки. В частности, нужно учитывать размер, форму и состав частиц алюминия, а также их взаимодействие с лазерным излучением и водой. Также нужно обеспечить однородность и стабильность суспензии из воды и алюминия, чтобы избежать осаждения частиц на дне реактора.
- Евгения Бусина
- atomic-energy.ru
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Делийский столб: удивительные секреты самого загадочного памятники в Индии
Ученые выяснили, как древние металлурги обошлись и без железа из космоса, и без помощи внеземной цивилизации...
Как Аляску «продали» во второй раз в 1990 году: что потеряла Россия и почему ничего не получила взамен?
Многие эксперты называют это соглашение грабительским актом. Однако данная история далека от своего завершения...
Подлинная могила Иисуса Христа наконец-то найдена? Итальянские археологи уверены, что их открытие поставит точку в евангельской истории
Под Храмом Гроба Господня обнаружен сад, которому 2000 лет. Именно там, согласно Библии, и был похоронен Сын Божий...
Рассекречены документы об НЛО: что нашли в архиве сотрудника американской ядерной лаборатории?
Сын чиновника передал журналистам папку с документами и фотографиями. Они доказывают, что США десятилетиями изучали неопознанные объекты...
Британская разведка давно так не проваливалась: российский эксперт напомнил о деле агента «Плеера» в 1996 году
В свое время Лондон клятвенно обещал не шпионить в России, но, конечно же, это были пустые слова...
Почему Никола Тесла прожил на 24 года дольше, чем должен был. Знал ли он секрет долголетия?
Расследование американских журналистов раскрыло интересные и даже поразительные факты из жизни гения...
Российский бензин будущего «из воздуха» может решить проблему глобального потепления
Углекислого газа в атмосфере огромное количество, так что у отечественной технологии есть большое и светлое будущее...
Снять шляпу — вопрос жизни и смерти: что творилось в Англии XVII века?
В поразительной этой истории смешалось все: король на плахе, домашний арест и даже кодекс разбойников...
Питаться» чистым светом теперь возможно: зачем китайские ученые дали эту суперспособность животным?
По словам экспертов, это невероятный прорыв в медицине, нужный практическому каждому на Земле...
Точь-в-точь как группа Дятлова: туристы на Камчатке едва не повторили трагическую историю 1959 года
По словам экспертов, участники похода нарушили правила, написанные кровью, и в итоге расплатились жизнями товарищей...
Q-Day: квантовые компьютеры могут уничтожить современный мир. И этот день уже не за горами
Эксперты рассказали: цифровой апокалипсис способен дотянуться практически до каждого жителя планеты. На весах — существование самой цивилизации...
Секрет древнего мавзолея в Башкирии наконец-то раскрыт: ученые поняли, кто разрушает «вечное» здание
Поразительно, но… это полевые воробьи. Оказалось, что маленькие птички ведут против гробницы Хусейн-бека настоящую химическую войну...