Мир ищет способы перейти на чистую энергию, и «зеленый водород» — тот, что производят без выбросов углекислого газа, — становится одним из главных кандидатов. Ученые из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) и Сеульского национального университета совершили прорыв: они создали новый катализатор на основе железа, который вдвое увеличивает эффективность производства водорода.

Проблема ископаемого топлива и климатических изменений заставляет искать альтернативы. Водород — отличный вариант: при сгорании он дает только воду. Один из перспективных методов его получения — термохимическое расщепление воды под действием тепла. Здесь ключевую роль играют оксиды металлов, которые поглощают и выделяют кислород, как губка.

Но у большинства таких материалов есть серьезный недостаток: они работают только при очень высоких температурах, что делает процесс дорогим. Ученые нашли решение — создали новый материал на основе никель-феррита с пониженным содержанием железа. В отличие от традиционных оксидов, он не просто немного меняет состав, а полностью преобразуется, поглощая гораздо больше кислорода даже при более низких температурах.

Эксперименты показали, что новый катализатор дает КПД 0,528% на грамм материала — это в два раза выше, чем у предыдущего рекордсмена (0,250%). Но главное — ученые впервые разобрались, как именно работает этот процесс на атомном уровне. Они выяснили, что ключевую роль играет взаимодействие между двумя типами атомов железа, и это открытие поможет создавать еще более эффективные катализаторы.

Результаты опубликованы в издании Acta Materialia.

Наше исследование показывает, как можно производить водород дешево и экологично, используя доступные материалы, — говорит профессор Хёндю Джин. — Теперь можно даже применять солнечное тепло или промышленные отходы для его получения.

Это отличный пример того, как эксперименты и компьютерное моделирование вместе помогают раскрыть фундаментальные принципы химии, — добавляет профессор Чон Ву Хан.

Этот прорыв важен по трем причинам:

• Дешевизна — железо один из самых распространенных металлов, и замена дорогих катализаторов на его основе снизит стоимость водорода.
• Эффективность — вдвое большая конверсия означает, что для того же объема водорода нужно меньше энергии и меньше оборудования.
• Гибкость — если материал работает при более низких температурах, его можно интегрировать в существующие промышленные процессы, используя даже бросовое тепло.

В долгосрочной перспективе это приближает нас к массовому переходу на водородную энергетику без гигантских затрат.

Пока что исследование проводилось в лабораторных условиях, и непонятно, как материал поведет себя при масштабировании. Железо хоть и дешево, но может быть подвержено коррозии или деградации в реальных промышленных циклах. Нужны испытания в пилотных установках.

Ранее ученые разработали катализатор для получения водорода, который в семь раз превосходит аналоги.