Ученые ФИЦ угля и углехимии СО РАН (Кемерово) разработали способ получения водорода окислением частиц алюминия в воде под воздействием лазерного излучения. Расчеты показали, что эта технология затрачивает вдвое меньше энергии, чем классический способ синтеза «зеленого» водорода — электролиз.
ФИЦ УУХ СО РАН входит в консорциум Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа СО РАН. Специалисты центра и их партнеры проводят фундаментальные и прикладные исследования для внедрения методов получения и применения чистого водорода.
Самым чистым водородом считается «зеленый» — его получают методом электролиза, разложением воды на водород и кислород с помощью электрического тока, который используют от возобновляемых источников энергии. Главный недостаток такого метода — высокая стоимость. Удельные затраты электроэнергии на производство 1 кг водорода достигают 40 кВт·ч. Во многом из-за этого доля «зеленого» водорода не превышает 5% мирового объема производства.
Химикам УУХ СО РАН удалось вдвое сократитьexternal link, opens in a new tab энергозатраты на получение водорода с помощью разложения воды. В качестве сырья они использовали суспензию из воды и нанопорошка алюминия, которую облучали лазером.
«Преимущество технологии в том, что лазерное излучение поглощается только частицами алюминия, а вода оптически прозрачна. Частицы алюминия покрыты оксидной оболочкой — облучение разрушает ее, вода контактирует с металлическим ядром и происходит химическая реакция с выделением водорода. Благодаря простоте процесса, выбранным компонентам и инструментам мы можем сократить затраты электроэнергии до 15–17 кВт·ч на один килограмм водорода», — рассказывает один из авторов разработки, научный сотрудник ФИЦ угля и углехимии СО РАН Ярослав Крафт.
Побочный продукт процесса — оксид алюминия, который можно использовать для производства адсорбентов и керамических материалов, а также в качестве носителя катализаторов.
По словам Ярослава Крафта, технология с учетом выведения на промышленный уровень также может оказаться доступнее электролиза.
«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», — отмечает ученый.
В ближайшее время ученые планируют снизить стоимость получаемого водорода, заменив наночастицы на отходы металлообработки — алюминиевые опилки и стружки. Это будет переработка вторичного сырья, которая ускорит внедрение технологии.
ФИЦ угля и углехимии СО РАН (ФИЦ УУХ СО РАН) занимается широким спектром исследований в области угольной промышленности — от оптимизации процессов разработки угольных месторождений до фундаментальных основ глубокой переработки сырья, в том числе создания новых углеродных материалов, композитов и сорбентов. Одно из направлений — получение водорода из угля и шахтного метана.