Учёные АО «НИИЭФА» (предприятие Госкорпорации «Росатом») запатентовали новый способ производства и хранения водорода.
Патент на изобретение №2694033 «Способ и устройство для выделения водорода из метана» призван решить ключевую проблему в развитии водородной энергетики: снижение стоимости и сложности производства и хранения водорода. Использование изобретения позволит обеспечить энергетические установки и водородные двигатели качественным и доступным топливом.
В настоящее время в промышленности водород получают в основном из доступного и дешевого сырья – природного газа, который более чем на 90% состоит из метана. Природное углеводородное сырьё разлагают при высоких температурах и давлениях на водород и легкие углеводороды. Для извлечения водорода из полученных таким образом водородосодержащих газовых смесей используется фракционированная конденсация или диффузия через пористые мембраны, после чего водород хранится в газообразном или жидком виде. Получение и хранение водорода таким способом требует больших затрат и сложного технологического оборудования.
Авторский коллектив исследователей АО «НИИЭФА» предложил плазменный способ разложения (конверсии) природного газа на водород и другие составляющие при помощи СВЧ или дуговых источников плазмы. Выделение водорода из продуктов такого разложения осуществляется путём его связывания в гидридах через плазменное осаждение на носитель гидридообразующих металлов. Такое выделение водорода возможно, так как гидридообразующие металлы активно реагируют с водородом (с образованием гидридов) и не вступают в реакцию с углеводородами. Здесь же, в металлогидридах, осуществляется и хранение водорода, причём плотность упаковки его атомов выше плотности атомов в жидком водороде. Чтобы подать водород потребителю из такой системы хранения, её достаточно просто нагреть.
Учёные отмечают, что их предложение имеет сразу четыре преимущества при технически простом решении и значительном снижении затрат. «В результате реализации изобретения может достигаться 90–100-процентная степень разложения природного газа при локальном его разогреве (как в микроволновке) до 1200-1600 градусов С, 90-95-процентное селективное выделение водорода из продуктов разложения при плазменном синтезе металлогидридов, безопасное хранение водорода в синтезированных гидридах и подача его потребителю при нагреве 100-200 градусов С в зависимости от используемого металла», – подчеркивают авторы патента, начальник лаборатории АЛ-3 НТЦ «Синтез» АО «НИИЭФА» Д.А. Карпов и ведущий научный сотрудник лаборатории В.Н. Литуновский.
Госкорпорация «Росатом» уделяет значительное внимание водородной энергетике как одному из самых экологичных направлений технологического развития. Экологически чистое производство водорода и повсеместное его использование в качестве накопителя энергии и энергоносителя позволит декарбонизировать промышленность, снизить выбросы парниковых газов, обеспечить устойчивое развитие и энергетическую безопасность на долгосрочную перспективу при неограниченных ресурсах сырья и энергии. У АО «НИИЭФА» накоплен определённый опыт в этой сфере и создана крепкая производственно-техническая база. В 2017 году Д.А. Карповым и В.Н. Литуновским получен патент РФ на изобретение №2606301 «Аккумулятор для хранения водорода в связанном состоянии и картридж для аккумулятора». В 2018 году исследования учёных вошли в основу аванпроекта «Разработка технологии плазменного осаждения металлогидридных плёнок и конструкции плёночного аккумулятора водорода». В 2019 году дан старт одноимённому проекту ЕОТП Госкорпорации «Росатом».