Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
Водородное топливо скоро может заменить бензин, мазут и уголь. На это рассчитывают экологи и над этим иронизируют нефтяники. Тем временем производители выпускают на дороги прототипы исключительно водородных автомобилей: абсолютно экологичных и при этом не намного дороже своих бензиновых собратьев.
Но водород – газ очень опасный, взрывается! И сегодня ученые всего мира ломают головы над тем, как хранить и перевозить водород в объемах, достаточных для питания, например автомобиля. Стационарное долгосрочное хранение водорода – немногим сложнее хранения любого газа: его хранят под давлением в сжатом виде, в сжиженном виде, в баллонах, цистернах. Предполагается, то водород можно хранить даже в подземных соляных пещерах. Чтобы водород не взорвался, баллоны для его хранения делают очень прочными, применяют материалы, через которые газ не может просочиться наружу. Емкости получаются либо тяжелые и громоздкие, либо дорогостоящие. Производители автомобилей сегодня пошли по пути упрочнения и повышения надежности традиционных систем хранения (газовых баллонов): оболочки водородных баков автомобилей, работающих на водороде, сделаны из нескольких слоев сверхпрочных полимеров и углеродных материалов.
Другой безопасный путь – использовать принципиально иные технологии, например, хранение водорода в химических соединениях. Водород в них находится в связанном виде, не может улетучиться сам по себе, но при этом достаточно просто извлекается. Гидриды – твердые нелетучие вещества (т.е. порошки), которые образуются от соединения некоторых металлов с водородом, — подходят для этих целей лучше всего. Принцип использования гидридов в качестве среды хранения водорода прост: под давлением металл захватывает водород, водород словно растворяется в металле, образуя новое химическое вещество, а при нагреве гидрида газ отдается обратно. Баллон с порошком гидрида металла, значительно менее опасен, чем повреждённая емкость с сжиженным водородом или охлажденный сосуд, где водород хранится под высоким давлением.
Самый "вместительный" металл, который можно превратить в гидрид, – это палладий (в одном объеме палладия можно уместить 900 объемов водорода). Несмотря на то, что Россия является мировым лидером по добыче и производству палладия, использование этого металла для превращения в промышленный водородный аккумулятор даже не рассматривается: металл очень тяжелый и чрезвычайно дорогой.
За много лет исследований ученые выяснили, что наиболее перспективный металл, который может практически использоваться для хранения водорода в гидриде, - это магний. У него небольшая плотность (в 4.5 раза легче железа и 1.5 раза легче алюминия), относительно низкая стоимость, и в теории он может связывать до 7,66% водорода в расчете на единицу массы. Однако достигнуть предельного значения непросто, эту задачу и решают ученые многих стран мира.
Группа ученых-физиков из Сибирского федерального университета и Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, разработали технологию синтезирования нанодисперсного порошка магния (т.е. с линейными размерами частиц в пределах 100 нм) и достигли растворения в нем чуть менее 7 весовых процентов водорода. Как отмечает один из авторов проведенной работы, профессор, доктор физико-математических наук, сотрудник Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН и СФУ Григорий Чурилов, полученный результат — один из самых успешных в мире: сегодня экспериментальные показатели насыщения гидрида магния водородом составляют 5-6 весовых процента.
Ученый добавляет, что сегодня в мире идет исследование возможности создания аккумуляторов водорода на основе гидрида магния, но растворить водород в металле по максимуму – мало. Необходимо сделать так, чтобы магниевый порошок мог бы использоваться в системе многократно. Кроме этого нужно снизить температуру отдачи водорода (гидрид магния отдает водород при температуре 360 градусов Цельсия), увеличить скорость протекания реакции насыщения магния водородом (это необходимо для того, чтобы полный бак безопасного водорода заправлялся 5 минут, а не полчаса).
Полученный экспериментальный результат красноярских ученых приблизил нас к созданию действительно безопасного водородного двигателя.