Науковці розробили новий спосіб електролізу води, який удвічі збільшує вихід водню. Метод потребує менше енергії та знижує загальні витрати на виробництво палива, повідомляє LiveScience.
Команда вчених запропонувала модифікований електрохімічний підхід, який замінює реакцію утворення кисню на аноді — електроді, від якого спрямований струм, виробництвом додаткового водню. Для цього до реактора додають просту органічну молекулу та спеціально змінений каталізатор. За оцінкою авторів, підхід відкриває перспективи для ефективного та масштабованого виробництва водню.
“Водень є одним з найбільш потрібних хімічних речовин”, — заявив співавтор дослідження Хамед Гейдарпур, докторант Університету Макгілла в Монреалі.
Водень використовують для виробництва аміаку, роботи паливних елементів та безпосереднього отримання енергії. Водночас традиційні методи залишаються дорогими та енергомісткими.
Нині основним способом отримання водню є паровий риформінг природного газу. Цей процес вимагає високих температур і тиску та супроводжується спалюванням викопного палива. Альтернативою є електроліз води, який теоретично дозволяє уникнути прямих викидів CO₂.
Під час електролізу електричний струм подається на два електроди, занурені у воду. Водень утворюється на катоді, а кисень — на аноді. Саме реакція утворення кисню, за словами Гейдарпура, є головним джерелом неефективності процесу.
У новому дослідженні, опублікованому в Chemical Engineering Journal, вчені замінили анодну реакцію окисненням органічної молекули. Вони використали дві камери з розчином гідроксиду калію, розділені мембраною, та додали до анода гідроксиметилфурфурол (HMF) і мідний каталізатор із домішками хрому. Хром стабілізує мідь і сприяє утворенню водню, пояснив Гейдарпур.
Під час подачі струму електрони окиснювали альдегідні групи в молекулах HMF. У результаті утворювався водень і побічний продукт HMFCA, який може використовуватися як сировина для біопластиків. Таким чином система одночасно виробляла два корисні продукти.
Адаптований метод фактично подвоює загальну кількість водню з урахуванням газу, що утворюється і на катоді. Реакції відбувалися за напруги близько 0,4 вольта, що приблизно на один вольт менше, ніж у звичайному електролізі. Це дозволило скоротити споживання енергії до 40%.
Гейдарпур зазначив, що подібні стратегії вже пропонувалися раніше. Водночас він наголосив, що команді вдалося підвищити швидкість виробництва водню завдяки ефективнішому каталізатору. Дослідники вважають це ключовою відмінністю роботи.
HMF зазвичай отримують із нехарчових рослинних відходів, зокрема, паперу. Водночас ця речовина залишається дорогою, що може обмежувати застосування методу. Альтернативою можуть стати інші альдегідвмісні сполуки, наприклад формальдегід.
“Там, де є надлишок низькоцінних органічних субстратів, їх окиснення до більш цінних хімічних речовин з одночасним утворенням водню може бути привабливим та екологічно чистим способом отримання двох сировин одночасно”, — зазначив професор Університету Глазго Марк Саймс, який не брав участі в дослідженні.
Автори визнають, що метод потребує подальшого вдосконалення. Зокрема, за словами Гейдарпура, необхідно підвищити стабільність каталізатора, щоб він міг працювати “тисячі годин у промислових умовах”.
Раніше дослідники з Китаю презентували прототип першого у світі плазмового реактивного двигуна, який генерує тягу без використання викопного палива. Технологія дозволяє створювати реактивний струмінь виключно коштом електроенергії.