Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойХимияПереосмысление электролиза: превращение возобновляемой энергии в зеленый водород

Переосмысление электролиза: превращение возобновляемой энергии в зеленый водород

- Advertisement -

Новый метод производства экологически чистого водорода, предложенный исследователями Техниона, использует возобновляемую энергию для создания более чистой, эффективной и экономически выгодной альтернативы ископаемому топливу, что знаменует собой значительный прогресс в борьбе с глобальным потеплением. Фото: SciTechDaily.com

Исследовательская группа профессора Авнера Ротшильда в Израильском технологическом институте Технион разработала новую «зеленую» технологию производства водорода.

Группа исследователей факультета материаловедения и инженерии Техниона представляет новую технологию производства зеленого водорода с использованием возобновляемых источников энергии. Их прорыв был недавно опубликован в Природные материалы. Новая технология обладает значительными преимуществами по сравнению с другими процессами производства зеленого водорода, а ее развитие в коммерческой технологии, вероятно, снизит затраты и ускорит использование зеленого водорода в качестве чистой и устойчивой альтернативы ископаемому топливу.

Использование водорода в качестве топлива вместо угля, бензина и «природного» газа позволит сократить использование этих видов топлива и выбросы парниковых газов из различных источников, включая транспорт, производство материалов и химикатов, а также промышленное отопление. В отличие от этих видов топлива, которые при сгорании в воздухе выделяют углекислый газ, при использовании водорода образуется вода, поэтому он считается чистым топливом.

Однако наиболее распространенный способ производства водорода предполагает использование природного газа (или угля), при этом в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа, тем самым сводя на нет его преимущества как экологически чистой, устойчивой альтернативы ископаемому топливу. В 2022 году мировое потребление водорода составило около 95 миллионов тонн – количество, пригодное для улучшения различных топливных продуктов, и особенно для производства аммиака, необходимого для производства сельскохозяйственных удобрений.

Справа налево: доктор Анна Брейтус, Матан Сананис, доктор Елена Давидова и Илья Слободкин. 1 кредит

Почти весь потребляемый сегодня водород производится из ископаемого топлива, поэтому его называют «серым водородом» (из метана) или «черным водородом» (из угля). На производство водорода с использованием этих методов приходится около 2,5% ежегодных глобальных выбросов углекислого газа в атмосферу в результате деятельности человека. Замена серого водорода зеленым водородом необходима для сокращения этого важного источника выбросов и замены загрязняющего ископаемого топлива чистым, устойчивым водородом.

По различным оценкам, зеленый водород, вероятно, будет составлять около 10% мирового энергетического рынка при чистых нулевых выбросах – текущая цель по смягчению последствий изменения климата и глобального потепления в результате парникового эффекта из-за увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере. атмосфера. В этом причина огромной важности зеленого водорода в борьбе с глобальным потеплением.

Технологические достижения в электролизе

Зеленый водород производится посредством электролиза – электрохимического разложения воды на кислород и водород с использованием энергии возобновляемых источников, таких как ветер и солнце. Электролиз был открыт более 200 лет назад и с тех пор претерпел множество разработок и усовершенствований. Однако производство зеленого водорода по конкурентоспособной цене все еще слишком дорого.

Одной из технологических проблем, ограничивающих использование электролиза для производства больших количеств зеленого водорода – количеств, которые помогли бы реализовать планы по достижению нулевых выбросов углерода – является необходимость в дорогих мембранах, прокладках и герметизирующих компонентах для разделения катодного и анодного водорода. отсеки.

Профессор Авнер Ротшильд. 1 кредит

Несколько лет назад исследователи Техниона представили инновационный и эффективный метод электролиза, который не требует мембраны и уплотнения для разделения двух частей ячейки, поскольку водород и кислород производятся на разных стадиях процесса, в отличие от обычного электролиза. где они создаются одновременно.

Этот новый процесс, получивший название E-TAC, был разработан доктором Хен Дотаном и доктором Авигейл Ландман под руководством профессора Авнера Ротшильда и профессора Гидеона Грейдера. Они сотрудничали с предпринимателем Тальмоном Марко, чтобы реализовать потенциал процесса и разработать коммерческое применение.

Подробности новой технологии

Исследователи из группы профессора Ротшильда в Технионе сейчас представляют новый процесс, при котором водород и кислород производятся одновременно в двух отдельных клетках, в отличие от процесса E-TAC, где они производятся в одной и той же клетке, но на разных стадиях. Новый процесс был разработан Ильей Слободкиным в рамках его магистерской диссертации с помощью старшего научного сотрудника доктора Елены Давыдовой и доктора Анны Брейтус, а также магистрантки Матана Сананиса.

Этот новый процесс позволяет обойти эксплуатационные проблемы и ограничения твердого электрода, в котором кислород производится по технологии E-TAC, путем замены его водным электролитом NaBr в воде. Эта замена открывает путь к непрерывному процессу (в отличие от периодического процесса с E-TAC) и устраняет необходимость поочередного пропускания холодного и горячего электролита через элемент.

Бромид-анионы в электролите окисляются до броматов при образовании водорода на катоде, а затем перетекают с водным электролитом в другую ячейку, где они возвращаются в исходное состояние, одновременно производя кислород, и этот процесс продолжает повторяться. Таким образом, водород и кислород производятся одновременно в двух отдельных ячейках в непрерывном процессе без каких-либо изменений температуры, в отличие от E-TAC.

Более того, кислород производится в водном электролите, а не в твердом электроде, как в E-TAC, и поэтому он не зависит от ограничений скорости и емкости, типичных для таких типов электродов, как, например, заряжаемые батареи.

В статье, опубликованной в Природные материалыИсследователи описывают свои основные эксперименты, которые доказывают предварительную осуществимость предложенного процесса, и представляют результаты, демонстрирующие его высокую эффективность и способность работать при высоком электрическом токе, а это означает, что водород можно производить с высокой скоростью.

В то же время впереди еще долгий путь разработки новой технологии, основанной на научном прорыве, описанном в статье. Такая технология, вероятно, преодолеет множество препятствий на пути к промышленному производству зеленого водорода как устойчивой альтернативы ископаемому топливу.

Справочник: «Электрохимический и химический цикл для высокоэффективного разделения воды в почти нейтральном электролите», авторы: Илья Слободкин, Елена Давыдова, Матан Сананис, Анна Брейтус и Авнер Ротшильд, 9 января 2024 г., Природные материалы.
DOI: 10.1038/s41563-023-01767-y

Профессор Ротшильд является членом Энергетической программы Нэнси и Стивена Гранд Технион, Центра устойчивого развития катализа Стюарта и Линды Резник и Национального исследовательского института хранения энергии. Исследование было поддержано Министерством инноваций, науки и технологий и премией JNF-KKL Climate Solution Prize.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме