Университет штата Вашингтон: прогресс в области разделения воды обещает доступность возобновляемой энергии.
Прорыв в расщеплении воды на водород и кислород может окупить затраты на возобновляемые источники энергии, даже когда нет солнца и ветра.
Использование солнечной и ветряной энергии, когда она доступна для расщепления воды, предлагает способ хранения энергии в виде водородного топлива.
В настоящее время наиболее популярная система, используемая для электролиза воды, основана на использовании в качестве катализаторов драгоценных металлов.
Но совместная исследовательская группа, в которую входят ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории и Университета штата Вашингтон, разработала систему, в которой используются более дешевые и более распространенные материалы.
В экспериментальной системе используется катализаторы на основе никеля и железа, которые значительно дешевле.
Большая часть «деления» воды сегодня производится с помощью оборудования, называемого электролизером воды с протонообменной мембраной, который вырабатывает водород с высокой производительностью.
Для этого необходима кислая среда, катализаторы из драгоценных металлов - платина и иридий, а также коррозионностойкие металлические пластины из титана.
Исследовательская группа работала над решением этой проблемы путем расщепления воды в щелочных условиях с помощью анионообменного мембранного электролизера.
Данный тип электролизера не нуждается в катализаторах на основе драгоценных металлов.
Фактически, команда во главе с Ю Хэ Линь, профессором Школы механики и материаловедения WSU, создала катализатор на основе никеля и железа - элементов, которые являются менее дорогими и более распространенными в окружающей среде.
Команда Линь поделилась своими разработками с Кимом из Лос-Аламоса, чья команда в свою очередь разработала электродное связующее вещество для использования с катализатором.
Связку электродов осуществляет гидроокислительно-проводящий полимер, который соединяет катализаторы и обеспечивает высокий уровень pH для быстрых электрохимических реакций.
Комбинация разработанного в Лос-Аламосе электродного связующего и катализатора WSU позволила увеличить скорость производства водорода почти в десять раз по сравнению с предыдущими электролизерами с анионообменной мембраной, что сопоставимо с более дорогим электролизером с протонообменной мембраной.
По данным Министерства энергетики США, в Соединенных Штатах ежегодно производится около 10 миллионов метрических тонн водорода, в основном за счет использования природного газа в процессе реформинга.
Водород, полученный в результате процесса расщепления воды, работающего на электричестве из возобновляемых источников энергии, обладает экономическим и экологическим преимуществами.
Сейчас существует много возобновляемых источников энергии, ветряной и солнечной энергии, но она непостоянна.
Например, ночью невозможно использовать солнечную энергию, но в течение дня можно использовать дополнительную энергию, чтобы превратить ее в водород, что выглядит многообещающе.
Ожидается, что к 2023 году мировой рынок производства водорода достигнет 199,1 млрд. долларов.
Потенциальные рынки водородной энергетики включают в себя все: от массового преобразования энергии и управления энергосистемой до топливных элементов для автомобилей.
Только в Соединенных Штатах насчитывается около 600 ветряных электростанций, готовых к прямому подключению к системам электролиза воды.