Водород играет важную роль в декарбонизации энергетики. Он обладает высокой плотностью энергии и при сжигании не выделяет загрязняющих веществ. При использовании в топливных элементах единственным побочным продуктом является вода. Однако одной из главных проблем является сложность хранения и транспортировки водорода, так как его молекулы настолько малы, что способны просачиваться сквозь контейнеры и трубы. Это приводит не только к потерям, но и к тому, что избыток водорода наносит ущерб атмосфере. Технология MIT позволит производить водород по мере необходимости прямо в транспортном средстве. Единственное, что нужно будет перевозить и хранить, — это алюминиевые гранулы, которые гораздо стабильнее и удобнее в использовании.
В ходе испытаний одна алюминиевая гранула весом всего 0,3 г, помещенная в свежую деионизированную воду, произвела 400 мл водорода всего за пять минут. По оценкам команды, при масштабировании всего один грамм гранул может производить впечатляющие 1,3 литра водорода за пять минут.
Этот метод основан на простой химической реакции: алюминий сильно реагирует с кислородом. Поэтому, когда его погружают в воду, он быстро вытесняет кислород из H₂O, оставляя молекулярный водород, который выделяется в виде пузырьков. Проблема в том, что этот процесс обычно длится недолго. В ходе реакции на поверхности металла образуется тонкий слой оксида алюминия, который блокирует доступ чистого алюминия к кислороду, предотвращая дальнейшее взаимодействие.
Известно, что добавление других металлов, таких как галлий, разрушает слой оксида алюминия по мере его образования. Поэтому команда предварительно обработала алюминиевые гранулы сплавом галлия и индия, что позволило реакции длиться дольше. Проблематично, что галлий и индий — редкие и дорогие металлы. Но когда исследователи проводили реакцию в ионном растворе, сплав слипся в форму, которую можно извлечь и использовать повторно. Удобно, что морская вода как раз является ионным раствором.
Однако в морской воде реакция протекала гораздо медленнее: если в пресной воде для получения необходимого количества водорода требовалось всего пять минут, то в морской этот процесс занимал около двух часов. Экспериментальным путем было обнаружено неожиданное решение. Использованная кофейная гуща ускорила реакцию, вернув ее продолжительность к первоначальным пяти минутам. Этому способствовал имидазол — соединение, содержащееся в кофеине.
Исследователи предлагают использовать разработанную ими технологию в качестве основы для создания практичного водородного реактора, который будет особенно полезен для питания морских транспортных средств. Лодкам или подводным аппаратам не придется перевозить с собой морскую воду (она и так повсюду) или бак с водородом. Технологию впервые испытают на небольшом подводном планере. По расчетам, он сможет работать до 30 дней подряд, перекачивая морскую воду из окружающей среды через реактор, содержащий 18 кг алюминиевых гранул. Ученые также планируют адаптировать эту технологию для грузовиков, поездов и, возможно, даже самолетов.
