|
Разные на одну тему: Исследователи эффективно произвели зеленый водород с помощью электролиза воды
|
Исследователи из института фундаментальных наук (IBS) получили зеленый водород в результате электролиза воды и с использованием возобновляемой электроэнергии.
Сегодня большую часть водорода получают от переработки ископаемых видов топлива. Электролиз воды — это дорогостоящая процедура. Но авторы новой работы смогли сделать ее эффективной.
Электролиз воды применяют редко, так как требует высокого напряжения либо эффективный электрокатализатор для реакций выделения водорода. Металлы, такие как платина (Pt), используют в качестве катализаторов как в кислой, так и в щелочной среде, но это дорогой материал, а также нестабильный при длительной эксплуатации.
Ранее ученые попробовали применить одноатомные катализаторы: они показали высокую активность по сравнению с их аналогами на основе наноматериалов. Протестированные катализаторы могут использовать 100% атомов, тогда как в случае с наночастицах для реакции доступны только поверхностные атомы.
Авторы новой работы отталкиваясь от проведенных ранее исследований предложили свой вариант организации электролиза воды. Они создали атомарно диспергированную структуру димера Ni-Co, стабилизированную на углеродной подложке, а также легированную азотом. Ее назвали NiCo-SAD-NC.
Исследователи обнаружили, что если проводить нагревание в атмосфере инертного газа аргона при 800°C в течение двух часов при 800°C, то атмосфера будет подходящей для получения димерной структуры. Другие одноатомные димеры, такие как COMn и CoFe, также могут быть синтезированы с использованием того же метода.
Исследовательская группа оценила эффективность этой новой системы и выяснила, что она работает также, как и коммерческие катализаторы на основе Pt в кислой и щелочной средах. Кроме этого, новая структура была в восемь раз активнее по сравнению с одноатомными катализаторами Ni/Co и гетерогенными наночастицами NICO в щелочных средах. Еще она была в 17 и 11 раз более активной по сравнению одноатомными катализаторами Co и Ni, а также в 13 раз превосходила обычные наночастицы Ni/Co в кислых средах.
Новый катализатор охарактеризовали как стабильный, так как он способен управлять реакцией в течение 50 часов без каких-либо изменений структуры
Спасение от глобальной катастрофы увидели в водороде и аммиаке
Правительство Южной Кореи увидело спасение от глобальной катастрофы в переходе на водород и аммиак. Министерство торговли, промышленности и энергетики представило план постепенного отказа от вредного для планеты ископаемого топлива, передает южнокорейская газета The Korean Herald.
Власти планируют к 2030 году перевести больше половины угольных электростанций на топливо с 20-процентным содержанием аммиака, а газовые предприятия к 2035 году — на метан с 30-процентной примесью водорода. В дальнейшем долю водорода и аммиака в топливе собираются наращивать — для этого правительство запустит исследования для разработки новых турбин, способных выдержать подобные смеси.
Министерство собирается наладить цепочку поставок аммиака и построить в 2022 году объекты для его хранения. Чиновники считают, что внедрение более чистого топлива поможет Корее достичь углеродной нейтральности к 2050 году — полностью компенсировать выбросы парниковых газов.
Пользу водорода в борьбе с глобальным потеплением отметили и в США. Американская компания Plug Power решила построить гигантский завод по производству экологически чистого вида топлива. Предприятие сможет ежедневно поставлять 30 тонн водорода, который собираются использовать для сокращения углеродного следа от транспорта.
Не такая уж и «зелёная» энергетика. Производство водорода может загрязнять атмосферу больше, чем сжигание угля
Про переход на водород говорят многие. Российские чиновники вообще заявили о том, что Россия должна переориентироваться с экспорта углеводородов на экспорт водородов. Как и в случае, скажем, с электромобилями, не так всё просто и радужно.
«Грязное» получение «чистого» водорода
У получаемого водорода есть своя классификация. Двумя самыми простыми, но «грязными» способами получают «серый» и «бурый» водороды (путём конверсии природного метана и угля соответственно). При получении этого вида топлива в атмосферу выделяется очень много углекислого газа, так что о «чистой» энергии тут нет и речи.
Два самых «чистых» водорода, «зелёный» и «жёлтый», получают электролизом воды, используя электроэнергию для процесса либо от возобновляемых источников, либо от атомной энергетики соответственно. Оба способа делают получаемое топливо чрезмерно дорогим. Таким оно и останется на следующие лет 10 точно, а ведь большинство стран напринимали на себя обязанностей по существенному сокращению выбросов в атмосферу за этот период.
Считалось, что на выручку придёт «голубой» водород, который, как и «серый» получают из природного газа, но образовавшийся углекислый газ по специальной технологии преобразуют в углерод. Казалось бы, вот оно, спасение человечества. Не тут-то было — эти законы природы, как всегда, не дают мечтам сбыться.
В недавнем исследовании специалисты показали, что выбросы от производства самого низкоуглеродистый «голубого» водород будут всего на 12% ниже, чем от производства «серого» водорода. Как выразились авторы работы, «проще сразу уголь сжигать».
Ахиллесовой пятой «голубого» водорода является метан, используемый для его производства. Метан является доминирующим компонентом природного газа, и хотя он горит более «чисто», чем нефть или уголь, он сам по себе является мощным парниковым газом. За 20 лет одна тонна вещества нагревает атмосферу в 86 раз больше, чем одна тонна углекислого газа. Это означает, что утечки по цепочке поставок могут свести на нет многие климатические преимущества метана.
И речь не о каких-нибудь авариях, а об утечках в рамках погрешности. По словам авторов работы, при утечке метана всего в 3,5% «голубой» водород становится вреднее для климата, чем сжигание угля.
Это исследование ставит под сомнение энергетические курсы большинства стран, включая Россию. Тут и производство энергии как таковой, и создание водородного транспорта. Напомню, что крупнейшие автопроизводители во всём мире заявляли об открытии направлений по созданию автотранспорта на водороде.
Это совершенно не означает, что на водородной энергетике поставлен крест, ведь «зелёный» и «жёлтый» водороды по-настоящему экологичны. Вопрос только в том, чтобы сделать технологию их получения максимально дешёвой.
