Водород широко применяется в полупроводниковой промышленности, химической переработке и топливных элементах, но его хранение и транспортировка остаются сложной задачей: газ трудно перевозить без сжатия или сжижения. Одно из решений — хранить водород химически в жидких соединениях, например в аммиаке, который уже производят и перевозят в больших объемах. Однако традиционный «крекинг» аммиака требует температур выше 500 °C, а полученную смесь водорода и азота нужно еще дополнительно очищать, что требует дополнительных затрат энергии.
Главная инновация, которую предложили специалисты из Массачусетского технологического института, — использовать электричество, чтобы «проталкивать» водород через селективную мембрану по мере его высвобождения. Установка состоит из палладиевой мембраны, которая пропускает только водород; электрода, генерирующего водород; и расплавленного гидроксидного электролита. Сначала аммиак дегидрируется на катализаторе с рутением и цезием, затем водород достигает мембраны, а электрохимический градиент создает для него эффект «вакуума» — мощную движущую силу для переноса. На другой стороне мембраны водород превращается в протоны и электроны, которые движутся раздельно — через электролит и внешнюю цепь соответственно — и снова соединяются на втором электроде, образуя чистый газообразный водород.
Такой подход дает сразу несколько преимуществ. Во-первых, процесс идет при 200–300 °C вместо 500 °C, что резко снижает энергозатраты. Во-вторых, непрерывное удаление водорода сдвигает реакцию дегидрирования вперед, что позволяет водороду восстанавливаться при более щадящих условиях. В-третьих, на выходе получается концентрированный поток чистого водорода, который не нужно дополнительно очищать.
Вдобавок, метод работает не только с аммиаком, но и с метилциклогексаном — представителем класса жидких органических носителей водорода, сообщает MIT News.
Исследователи видят применение технологии в транспорте (автомобили, автобусы, суда), а также в производстве полупроводников и электроники, где чистый водород критически важен для повышения выхода годной продукции и снижения дефектов поверхности. Сейчас команда работает над снижением количества дорогого палладия в мембране, масштабированием процесса и применением подхода к другим промышленно важным реакциям дегидрирования.
Американские инженеры разработали недавно высокоэффективный метод производства водорода через пиролиз метана, который превосходит по эффективности традиционные подходы. Вместо того чтобы нагревать огромные реакторы снаружи, они разместили горелку прямо внутри, сжигая небольшую часть водорода для поддержания реакции.
