Среда, 21 февраля, 2024
ДомойХимияНовый катализатор может обеспечить жидкое водородное топливо будущего

Новый катализатор может обеспечить жидкое водородное топливо будущего

- Advertisement -

Исследователи разрабатывают автомобильную топливную систему на основе водорода с нулевыми выбросами парниковых газов, используя жидкость, преобразованную катализатором. Этот метод, который все еще находится в стадии исследования, сталкивается с такими проблемами, как долговечность катализатора и экологичность производства водорода, что подчеркивает необходимость политической поддержки возобновляемых источников энергии.

Исследователи из Лундского университета в Швеции разработали инновационную автомобильную топливную систему, которая работает по круговому принципу, сводя к минимуму выбросы парниковых газов. В этой системе используется уникальная жидкость, которая в сочетании с твердым катализатором превращается в водородное топливо для автомобиля. После использования отработанная жидкость удаляется из бака автомобиля и заправляется водородом, подготавливая ее к повторному использованию. Этот процесс образует замкнутую систему, которая значительно снижает воздействие на окружающую среду.

В двух исследовательских статьях исследователи Лунда продемонстрировали, что этот метод работает, и, хотя это все еще фундаментальное исследование, у него есть потенциал стать эффективной системой хранения энергии в будущем.

«Наш катализатор — один из самых эффективных, по крайней мере, если посмотреть на общедоступные исследования», — говорит Ола Вендт, профессор химического факультета Лундского университета и один из авторов.

Решение проблемы воздействия на климат и исследование газообразного водорода

Поиск альтернативных способов производства, хранения и преобразования энергии с целью сокращения выбросов углекислого газа от ископаемого топлива необходим для уменьшения воздействия на климат. Одним из способов является использование широко обсуждаемого газообразного водорода, который многие рассматривают как будущее решение для хранения энергии. Природа хранит энергию в химических связях, а водород обладает самой высокой плотностью энергии по отношению к его весу.

«Однако с газом может быть сложно обращаться, поэтому мы ищем жидкое топливо, заряженное водородом, которое можно будет подавать в насос, примерно так же, как это происходит сегодня на заправочных станциях», — говорит Ола Вендт.

Эта концепция известна как LOHC (жидкие органические носители водорода) и сама по себе не нова. Задача состоит в том, чтобы найти максимально эффективный катализатор, который сможет извлекать водород из жидкости.

Система предназначена для работы с использованием жидкости, «заряженной» водородом. Жидкость прокачивается через твердый катализатор, который извлекает водород. Его можно использовать в топливном элементе, который преобразует химическое топливо в электричество, в то время как «отработанная» жидкость переносится в другой резервуар. Единственным выбросом является вода.

Заправка и крупномасштабное производство

Отработанную жидкость можно затем слить на заправочной станции перед заправкой новой заправленной жидкостью. Вероятно, это будет означать крупномасштабное производство этого вещества, сравнимое с сегодняшними нефтеперерабатывающими заводами.

«Мы переработали более 99 процентов газообразного водорода, который присутствовал в жидкости», — говорит Ола Вендт.

Исследователи также рассчитывали, можно ли использовать это топливо для более крупных транспортных средств, таких как автобусы, грузовики и самолеты.

«С теми большими баками, которые у них есть, возможно, можно будет преодолеть почти такое же расстояние, как и с баком дизельного топлива. Вы также сможете преобразовать примерно на 50 процентов больше энергии по сравнению со сжатым водородом», — говорит Ола Вендт.

Компоненты и проблемы

В качестве жидкостей используются изопропанол (который является распространенным ингредиентом средств для мытья стекол) и 4-метилпиперидин.

Это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой? Да, по крайней мере, на данный момент остается ряд проблем. Во-первых, срок службы катализатора довольно ограничен. Другое дело, что иридий, на основе которого сделан катализатор, является драгоценным металлом.

«Но мы подсчитали, что вам нужно около двух граммов иридия на автомобиль. Это можно сравнить с современными каталитическими нейтрализаторами очистки выхлопных газов, которые содержат около трех граммов платины, палладия и родия, которые также являются драгоценными металлами», — говорит Ола Вендт.

Это техническое решение, основанное на фундаментальных исследованиях. Если будет принято решение о создании готового продукта, Ола Вендт считает, что концепция может быть готова через десять лет – при условии, что она экономически жизнеспособна и существует интерес со стороны общества.

Другая проблема заключается в том, как производится водород: сегодня большая часть производства не является экологически безопасной. Затем водород необходимо эффективно хранить и транспортировать, что сегодня не так просто. Существуют также риски заправки сжатым водородом. Исследователи из Лунда надеются решить эту проблему с помощью своего метода.

«Девяносто восемь процентов всего водорода сегодня производятся из ископаемого топлива и природного газа. Побочным продуктом является углекислый газ. С экологической точки зрения идея производства водорода для стали, аккумуляторов и топлива бессмысленна, если это делается с использованием природного газа», — говорит Ола Вендт, но он поясняет, что проводится много исследований о том, как «зеленый» «водород» может быть получен путем расщепления воды на водород и кислород с помощью возобновляемых источников энергии.

В то же время Ола Вендт считает, что для того, чтобы возобновляемые и экологически чистые альтернативы получили должное распространение, необходимы политические решения.

«Это должно быть дешевле, и это требует политических решений. У возобновляемых источников энергии нет шансов конкурировать с тем, что вы просто выкапываете из-под земли, где транспортировка составляет почти единственную стоимость, как в случае с ископаемым топливом», — заключает он.

Ссылки: «Безакцепторное дегидрирование 4-метилпиперидина с помощью закрепленных иридиевых катализаторов, лигированных клещами, в непрерывном потоке», Каушик Чакрабарти, Алиса Спангенберг, Васудеван Субраманьян, Андреас Хедерстедт, Омар Ю. Абдельазиз, Алексей В. Полукеев, Рейне Валленберг, Кристиан П. Хультеберг. и Ола Ф. Вендт, 27 июля 2023 г., Катализная наука и технологии.
DOI: 10.1039/D3CY00881A

«Иридий-катализируемое дегидрирование в реакторе непрерывного действия для практической бортовой генерации водорода из жидких органических носителей водорода», Алексей В. Полукеев, Рейне Валленберг, Йенс Улиг, Кристиан П. Хультеберг и Ола Ф. Вендт, 9 марта 2022 г., ChemSusChem.
DOI: 10.1002/cssc.202200085

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме