Hitech logo

Чистая энергия

Новый катализатор значительно удешевляет производство зеленого водорода

TODO:
Георгий ГоловановВчера, 08:56 AM

Водород считается перспективным альтернативным топливом, однако устойчивое и экономически выгодное производство водорода сталкивается с рядом препятствий, в том числе, с высокой стоимостью и дефицитом иридия. Исследователи из США разработали новый катализатор, который сокращает использование иридия в электролизерах с протонообменной мембраной более чем на 80%. Это может сделать производство экологически чистого водорода гораздо более доступным и масштабируемым.

00
Самые интересные технологические и научные новости выходят в нашем телеграм-канале Хайтек+. Подпишитесь, чтобы быть в курсе.

Современные электролизеры с протонообменной мембраной (ПОМ) в значительной степени зависят от иридия — одного из немногих металлов, способных выдерживать агрессивную кислотную среду, необходимую для расщепления молекул воды. В то же время, иридий — один из самых редких элементов на Земле, его стоимость составляет около 160 долларов за грамм.

Создан цемент, охлаждающий стены на 5,4°C под палящим солнцем
«Без снижения потребления иридия прогнозируемый спрос только на электролизеры может превысить 75% от годового мирового предложения, — сказал Ван Хаотянь из Университета Райса, один из исследователей. — Это попросту невыгодно, если мы серьезно настроены на масштабирование производства водорода».

Чтобы решить эту проблему, команда Райса разработала катализатор, в котором атомы иридия встроены в решетку оксида рутения, а не покрывают поверхность. Работая совместно с De Nora Tech, они использовали теорию функционала плотности и моделирование методом Монте-Карло для прогнозирования оптимального расположения атомов.

Моделирование показало, что решающую роль играют атомы иридия в подповерхностном слое, сообщает IE. Они помогают защитить находящиеся над ними атомы рутения от растворения в экстремальных электрохимических условиях. При равномерном распределении иридия по всей структуре оксида рутения стабильность увеличивается, поскольку иридий помогает стабилизировать соседние атомы рутения в решетке оксида.

Ученые синтезировали материал (Ru₆IrOₓ) с соотношением рутения к иридию шесть к одному. Испытания показали что он выдерживает плотность тока 2 ампер на см2 на протяжении более 1500 часов с минимальным ухудшением характеристик. В электролизере с протонно-эмиссионной мембраной площадью 25 см² катализатор с небольшим содержанием иридия продемонстрировал показатели, сопоставимые с активностью систем на чистом иридии.

«Наши результаты показывают, что для достижения долговечности нам не нужны катализаторы с высоким содержанием иридия, — сказал Ван. — Это открывает путь к массовому производству экономически эффективных и высокопроизводительных электролизеров на основе ПОМ».

Ученые из США разработали недавно новый метод преобразования углекислого газа в ценный промышленный химикат формиат с помощью света и катализатора на основе рутения. Особенность технологии — в использовании специальных лигандов, которые повышают эффективность и стабильность реакции, а также позволяют избежать побочных продуктов.