Новый катализатор может обеспечить жидкое водородное топливо будущего

Исследователи из Лундского университета, Швеция, изучают автомобильное топливо, состоящее из жидкости, которая преобразуется в водород с помощью твердого катализатора. Отработанная жидкость сливается из бака и заправляется водородом, после чего может быть использована снова в круговой системе, не содержащей выбросов парниковых газов. 

В двух научных статьях исследователи из Лунда продемонстрировали, что метод работает, и, хотя это пока еще фундаментальные исследования, в будущем он может стать эффективной системой хранения энергии.

Наш катализатор — один из самых эффективных, по крайней мере, если смотреть на общедоступные исследования, — говорит Ола Вендт, профессор химического факультета Лундского университета и один из авторов статьи.

Поиск альтернативных способов производства, хранения и преобразования энергии с целью сокращения выбросов углекислого газа от ископаемого топлива необходим для уменьшения воздействия на климат. Один из таких путей связан с широко обсуждаемым газообразным водородом, который многие рассматривают как будущее решение для хранения энергии. Природа хранит энергию в химических связях, а водород обладает самой высокой плотностью энергии по отношению к своей массе.

Однако с газом трудно обращаться, поэтому мы рассматриваем возможность использования жидкого топлива, заряженного водородом, которое можно было бы подавать через насос, в целом аналогично тому, что происходит сегодня на автозаправочных станциях, — говорит Ола Вендт.

Эта концепция известна как LOHC (жидкие органические носители водорода) и как таковая не является новой. Задача состоит в том, чтобы найти как можно более эффективный катализатор, способный выделять водород из жидкости.

Для работы системы предполагается использовать жидкость, «заряженную» водородом. Жидкость прокачивается через твердый катализатор, который выделяет водород. Он может быть использован в топливном элементе, преобразующем химическое топливо в электроэнергию, а „отработанная“ жидкость переливается в другой резервуар. Единственным выбросом является вода.

Отработанную жидкость можно слить на заправочной станции, а затем заправиться новой, заряженной жидкостью. Для этого, вероятно, потребуется крупномасштабное производство вещества, сравнимое с современными нефтеперерабатывающими заводами.

Мы преобразовали более 99% газообразного водорода, содержавшегося в жидкости, — говорит Ола Вендт.

Исследователи также подсчитали, можно ли использовать это топливо для более крупных транспортных средств, таких как автобусы, грузовики и самолеты.

С большими баками, которыми они оснащены, можно преодолеть почти такое же расстояние, как и на дизельном топливе. Кроме того, вы получите примерно на 50% больше энергии по сравнению со сжатым водородом, — говорит Ола Вендт.

В качестве жидкостей используются изопропанол (который часто используется в стеклоомывателях) и 4-метилпиперидин.

Звучит ли это слишком хорошо, чтобы быть правдой? Да, по крайней мере, пока, поскольку остается ряд проблем. Одна из них заключается в том, что срок службы катализатора весьма ограничен. Другая заключается в том, что иридий, на котором основан катализатор, является драгоценным металлом.

Но, по нашим расчетам, на один автомобиль требуется около двух граммов иридия. Это можно сравнить с современными катализаторами очистки выхлопных газов, которые содержат около трех граммов платины, палладия и родия, также являющихся драгоценными металлами, — говорит Ола Вендт.

Это техническое решение, основанное на фундаментальных исследованиях. Если будет принято решение о создании готового продукта, то, по мнению Олы Вендта, концепция может быть готова уже через десять лет — при условии экономической целесообразности и заинтересованности общества.

Другой проблемой является способ производства водорода — сегодня большинство производств не являются климатически безопасными. Затем водород необходимо эффективно хранить и транспортировать, что сегодня не так просто. Кроме того, существует риск заправки сжатым водородом. Исследователи из Лунда надеются решить эту проблему с помощью своего метода.

Девяносто восемь процентов всего водорода сегодня производится из ископаемого топлива — природного газа. Двусторонним продуктом является углекислый газ. С экологической точки зрения идея производства водорода для стали, аккумуляторов и топлива бессмысленна, если для этого используется природный газ, — говорит Ола Вендт, но поясняет, что в настоящее время ведется активная работа по изучению возможности получения «зеленого водорода» путем расщепления воды на водород и кислород с помощью возобновляемых источников энергии.

В то же время Ола Вендт считает, что для того, чтобы возобновляемые и безвредные для климата альтернативы получили должное распространение, необходимы политические решения.

Она должна быть дешевле, а для этого нужны политические решения. Возобновляемые источники энергии не имеют шансов конкурировать с тем, что можно просто выкопать из земли, где транспорт является практически единственной статьей расходов, как в случае с ископаемым топливом, — заключает Вендт.

12.10.2023