
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

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

Учёные говорят, что обнаружили огромный тайный город под египетскими пирамидами
Проверять пока не разрешили....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...

Гигантский айсберг скрывал древнюю живую экосистему
Губки и кораллы благоденствуют на обнажившемся морском дне в месте, ранее недоступном взгляду....