Новый процесс, называемый CAPER (электрохимический риформинг в каустической водной фазе), позволяет производить очень чистый газообразный водород при высоком давлении из этанола в водной фазе. Этот подход требует более низких температур и электрического напряжения, чем традиционные методы. Таким образом, систему конверсии можно внедрить непосредственно на заправочных станциях, устраняя проблемы безопасности (и затраты), связанные с транспортировкой и хранением водорода под высоким давлением.
Этот метод, разработанный исследователями из Университета штата Вашингтон, может, наконец, помочь популяризировать использование водорода в качестве чистого топлива. Автомобили на водородных топливных элементах действительно являются одним из рассматриваемых решений по сокращению выбросов CO2, связанных с транспортом, поскольку водородные топливные элементы производят только воду. Но, несмотря на экологические преимущества этой технологии, она с трудом зарекомендовала себя по нескольким причинам.
В настоящее время затраты на производство водорода слишком высоки. Наиболее распространенным процессом, используемым сегодня, является паровой риформинг, который заключается в диссоциации молекул метана (природного газа) с помощью перегретого пара. В результате образуются дигидроген и CO2 (последний требует улавливания и хранения). Водород также может быть получен путем электролиза воды (которая распадается на O2 и H2) - менее рентабельный метод, из-за количества электроэнергии, необходимой для электролиза. Кроме того, существуют расходы, связанные с транспортировкой сжатого водорода в пункты распределения. Подход, предложенный профессором Су Ха и его командой, может решить все эти проблемы. Их метод требует лишь небольшого количества электроэнергии и смеси этанола (C2H5OH) и воды.
"Это новый взгляд на то, как производить газообразный водород. Если будет достаточно ресурсов, я думаю, что у этого есть очень хорошие шансы оказать значительное влияние на водородную экономику в ближайшем будущем", — говорится в заявлении ученого.
Процесс CAPER производит готовый к использованию газообразный водород при низких энергетических затратах. В их системе преобразования используются анод и катод, погруженные в смесь этанола и воды, в которую добавляется катализатор. В результате электрохимической реакции непосредственно производится чистый сжатый водород, а углекислый газ, образующийся в результате реакции, улавливается раствором едкого электролита. Команда сообщает, что КПД Фарадея (отношение количества произведенного газа к количеству газа, теоретически произведенного при электролизе) составляет 100%. По словам команды, этот метод использует менее половины электроэнергии, необходимой для электролиза чистой воды.
"Присутствие этанола в воде изменяет химический состав. Мы можем проводить нашу реакцию при гораздо более низком электрическом напряжении, чем обычно требуется для электролиза чистой воды", — говорит Вей-Юнь Ванг, соавтор статьи.
Еще одним преимуществом процесса CAPER является то, что все сжатие реактивов осуществляется в жидкой фазе (смесь этанола и воды), что позволяет избежать менее эффективного (и гораздо более энергоемкого) сжатия в газовой фазе.
"Процесс, который предлагает низкоэнергетическую альтернативу электролизу воды и может эффективно улавливать углекислый газ при производстве сжатого водорода, может оказать значительное влияние на водородную экономику", — сказал Бенджамин Ки, соавтор статьи.
Система также не требует дорогостоящей мембраны, в отличие от других методов разделения воды. Некоторые существующие технологии основаны на электролизерах с протонообменной мембраной - чрезвычайно тонкой, газонепроницаемой полимерной мембраной, которая пропускает ионы H+. Затем электроды размещаются по обе стороны этого полимерного материала. Такой подход требует использования очень дорогих материалов.
Таким образом, процесс CAPER позволяет производить водород с меньшими затратами. При таком способе производства необходимо будет только транспортировать этанол на станции снабжения; затем производство может осуществляться на месте, по требованию и в полной безопасности. Этанол богат водородом и может быть легко получен в больших количествах (например, путем ферментации возобновляемых ресурсов). Более того, цепочка поставок этанола уже налажена (поскольку бензин, содержащий этанол, уже распределяется по всем станциям технического обслуживания).
Как и электромобили, автомобиль на водородных топливных элементах не выбрасывает углекислый газ. Но в отличие от электромобилей, его преимущество в том, что он может быть заправлен всего за несколько минут (в отличие от нескольких часов для батарей). Более того, водород, полученный в результате электрохимической реакции, готов к использованию.
Сейчас исследователи пытаются развить свою технологию и заставить ее работать непрерывно. Они также работают над использованием углекислого газа, образующегося во время реакции и улавливаемого в жидкости.