Южноуральские ученые придумали, как ускорить получение водородного топлива
30 Июня 2021
Фото: Людмила Ковалева
Это позволит уйти от отравляющих атмосферу вредных выбросов.
Химики Челябинской области придумали, как снизить энергозатраты для разделения воды на водород и кислород. В итоге получится экологичное и экономичное водородное автотопливо, не выделяющее вредные вещества в атмосферу. Процесс электролиза в разы ускоряет полученный учеными «титановый» катализатор-гексаферрит, продемонстрировавший высокую эффективность в роли стимулятора выделения кислорода. Результаты исследования, опубликованные в журнале Materials Chemistry and Physics (Q2), произвели сенсацию в научных кругах.
Как пояснили авторы ноу-хау, любое транспортное средство, будь то автомобиль, ракета или самолет, при движении оставляет углеродный след. Чтобы в перспективе уйти от «нефтяного» топлива, ученые нашли ему хорошую альтернативу — обычную воду. Это самое распространенное в природе сырье, запасы которого в отличие от углеводородных месторождений почти неистощимы. Водород и кислород, получаемые в ходе ее разложения, можно использовать не только в качестве движущей силы транспорта, но и в самых разных сферах.
Для разделения воды на химические элементы применяют электрический ток. Под его воздействием в кислой среде выделяется водород, а в щелочной кислород. Но пока это обходится слишком дорого, и, чтобы снизить энергозатраты и форсировать процесс, применяют электрокатализаторы. Ученые ЮУрГУ высказали предположение, что реакцию могут ускорить гексаферриты бария, и это подтвердилось.
По их словам, соединения оксида железа выбрали, чтобы уйти от использования дорогостоящих платиновых катализаторов. Для сравнения применяли иридий: его диоксид является эталонным для катализаторов электролиза воды. В рамках проекта протестировали целую линейку гексаферритов бария и отобрали лучшие.
«Поначалу свои надежды мы связывали с гексаферритами, допированными никелем, но они оказались выигрышными только с термодинамической точки зрения, — говорит доктор химических наук, старший научный сотрудник лаборатории НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ Павел Абрамов. — Зато неожиданно открылись новые возможности титаносодержащего гексаферрита. Приложив чуть больше энергии к таким материалам, мы выигрываем в количестве полученного кислорода».
Челябинские ученые в рамках исследования синтезировали ряд ферритов, провели их испытания. А коллеги по научной коллаборации из Института неорганической химии Сибирского отделения РАН изучали электрохимические свойства и состав таких комплексов. Также в работе участвовали представители Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси. В итоге исследователи пришли к выводу, что титаносодержащие гексаферриты могут использоваться в составе топливных элементов для получения из воды кислорода и попутного водорода.
Разработка ведется в рамках масштабного проекта, поддержанного Российским фондом фундаментальных исследований. Руководит проектом Денис Винник, доктор химических наук, директор НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ. По его словам, следующим шагом станет изучение электрохимических возможностей так называемых сложных замещенных ферритов, исследование их фотоактивности и фотостабильности. Если гипотезы ученых подтвердятся, это может стать научным прорывом, приблизит переход на экологически чистую и дешевую водородную энергию.
Как пояснили авторы ноу-хау, любое транспортное средство, будь то автомобиль, ракета или самолет, при движении оставляет углеродный след. Чтобы в перспективе уйти от «нефтяного» топлива, ученые нашли ему хорошую альтернативу — обычную воду. Это самое распространенное в природе сырье, запасы которого в отличие от углеводородных месторождений почти неистощимы. Водород и кислород, получаемые в ходе ее разложения, можно использовать не только в качестве движущей силы транспорта, но и в самых разных сферах.
Для разделения воды на химические элементы применяют электрический ток. Под его воздействием в кислой среде выделяется водород, а в щелочной кислород. Но пока это обходится слишком дорого, и, чтобы снизить энергозатраты и форсировать процесс, применяют электрокатализаторы. Ученые ЮУрГУ высказали предположение, что реакцию могут ускорить гексаферриты бария, и это подтвердилось.
По их словам, соединения оксида железа выбрали, чтобы уйти от использования дорогостоящих платиновых катализаторов. Для сравнения применяли иридий: его диоксид является эталонным для катализаторов электролиза воды. В рамках проекта протестировали целую линейку гексаферритов бария и отобрали лучшие.
«Поначалу свои надежды мы связывали с гексаферритами, допированными никелем, но они оказались выигрышными только с термодинамической точки зрения, — говорит доктор химических наук, старший научный сотрудник лаборатории НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ Павел Абрамов. — Зато неожиданно открылись новые возможности титаносодержащего гексаферрита. Приложив чуть больше энергии к таким материалам, мы выигрываем в количестве полученного кислорода».
Челябинские ученые в рамках исследования синтезировали ряд ферритов, провели их испытания. А коллеги по научной коллаборации из Института неорганической химии Сибирского отделения РАН изучали электрохимические свойства и состав таких комплексов. Также в работе участвовали представители Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси. В итоге исследователи пришли к выводу, что титаносодержащие гексаферриты могут использоваться в составе топливных элементов для получения из воды кислорода и попутного водорода.
Разработка ведется в рамках масштабного проекта, поддержанного Российским фондом фундаментальных исследований. Руководит проектом Денис Винник, доктор химических наук, директор НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ. По его словам, следующим шагом станет изучение электрохимических возможностей так называемых сложных замещенных ферритов, исследование их фотоактивности и фотостабильности. Если гипотезы ученых подтвердятся, это может стать научным прорывом, приблизит переход на экологически чистую и дешевую водородную энергию.
Поделиться
