В мире науки произошло событие, которое может серьезно изменить подход к получению водорода. Исследователи из Южной Кореи под руководством доктора Сун Мук Чоя придумали, как использовать промышленные отходы для получения чистого топлива. Речь идет о щелочной воде, которая остается после производства микросхем или травления металлов. Обычно от нее сложно и дорого избавляться, а сливать в окружающую среду попросту опасно.

Команда ученых из Корейского института материаловедения создала особый катализатор на основе недрагоценных металлов. Благодаря ему можно добывать водород прямо из этой грязной воды, пропуская ее через специальный электролизер с анионообменной мембраной. Свое изобретение они испытали на установке площадью 64 квадратных сантиметра, что близко к промышленным масштабам. Результат впечатляет: устройство проработало более двух тысяч часов без остановки, и его эффективность упала меньше чем на пять процентов.

Почему это стало возможным? Секрет кроется в том, как ученые подобрали материалы. Обычно примеси в отработанной воде мешают химической реакции и быстро убивают эффективность электролиза. Но корейские исследователи обнаружили, что граница раздела между никелем и оксидом церия почти не взаимодействует с этими вредными ионами. Теоретические расчеты, проведенные вместе с командой профессора Мин Хо Со из Пусанского университета, подтвердили эту догадку. А параллельно, в коллаборации с учеными из Конкукского университета, удалось создать прочную мембрану, которой не страшны загрязнения.

Сам катализатор сделали методом соосаждения, что позволяет легко производить его в больших объемах. После двухэтапной термообработки в материале появилось множество кислородных вакансий. Простыми словами, в структуре вещества образовались пустоты, которые помогают электронам двигаться быстрее и активнее, ускоряя выделение водорода. К тому же связь металла с подложкой стала настолько сильной, что катализатор работает стабильно и долго.

Если считать деньги, то выгода очевидна. Чтобы получить всего одну тонну водорода из пресной воды, нужно переработать около 18 тонн сырья и потратить больше двух тысяч долларов только на очистку. Новая технология позволяет этого не делать, используя тонны отходов напрямую. По словам доктора Чоя, теперь промышленные стоки можно не бояться транспортировать и утилизировать, а превращать в ценное топливо, снижая и себестоимость водорода, и нагрузку на экологию. Сейчас исследователи пошли дальше и работают над тем, чтобы научиться так же эффективно использовать для этих целей морскую воду.

Самое интересное в этой работе — как она ломает старые стереотипы. Раньше считалось, что для электролиза нужна идеально чистая среда, как в лаборатории. А теперь выясняется, что «грязь» в воде — это не приговор, если правильно подобрать „защиту“ для катализатора. Это открывает дорогу для целого класса исследований: можно не очищать сырье, а адаптировать технологию под то, что есть.

Для обычной жизни польза еще прозрачнее. Представьте завод, который не тратит бешеные деньги на обезвреживание отходов, а продает эти отходы соседнему предприятию как сырье для получения энергии. Или представьте, что водород для заправок смогут производить прямо на месте, используя местную техническую воду. Это не только удешевит топливо, но и снизит риски аварий при перевозке химикатов.

При всех достоинствах работы, стоит отметить один важный нюанс. Испытания длительностью 2000 часов проводились на единичной ячейке площадью 64 см². В лабораторных масштабах это отличный результат, но он не гарантирует такого же поведения в промышленном электролизере, где используются стеки из сотен таких ячеек. В реальных условиях нагрузка распределяется неравномерно, возникают перепады температур и давления, а состав промышленных стоков может меняться каждый день. То, что показало пятипроцентное падение эффективности в идеальном эксперименте, в суровой реальности может выйти из строя гораздо быстрее.

Ранее ученые открыли новый материал для получения водорода из воды.