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
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Немецкий ученый был главным в секретной ракетной программе: однажды он вышел из кабинета и исчез навсегда
Как операция «Дамоклов меч» пресекла главную военную операцию целого государства...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Этим книгам осталось жить считаные дни: кто охотится на очень редкие экземпляры, а затем уничтожает их?
Эксперты бьют тревогу: это, пожалуй, самый циничный поворот в истории книгопечатания...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...