Исследователи нашли способ одновременно производить водород и очищать воду

Доступный и легко производимый катализатор служит топливом для нового процесса, который может произвести революцию в решениях в области автономной энергетики.

24 апреля 2023 г. Автор: Адрианна Макферсон

В топливном элементе, использующем новый катализатор, открытый исследователями Университета Австралии, подаваемая вода вступает в реакцию с катализатором с образованием водорода и питьевой воды. (Фото: Материалы темной материи)

Исследователи из Университета Альберты разработали новый катализатор, который может революционизировать способы производства электроэнергии и очистки воды. Помещенный в воду любого типа и снабженный небольшим количеством энергии, катализатор производит водород, который можно подавать в топливный элемент для выработки электроэнергии вместе с дистиллированной водой, безопасной для питья.

Катализатор был обнаружен почти случайно, когда Робин Гамильтон создавал электрод для студента, работавшего над проектом по вторичной переработке биомассы. Он смешал смесь порошков и оставил их на ночь в воде, намереваясь завершить работу над ячейкой на следующий день. Когда он вернулся утром, смесь пузырилась — реакция крайне необычная.

«В конечном итоге, когда вы смешиваете эти два вещества вместе, они взаимодействуют, работают вместе, и выделяется водород. Это поразило нас», — говорит Гамильтон, старший научный сотрудник химического факультета.

Гамильтон проконсультировался с профессорами химии Джеффом Страйкером и Джонатаном Вейнотом, поделившись неожиданным открытием и опираясь на свой опыт. Команда быстро поняла, что у них есть что-то замечательное — определенная комбинация порошков может служить катализатором нового типа.

Катализатор, который они создали, изготовлен из нетоксичного и доступного материала. Его легко и недорого производить, что делает его доступной альтернативой нынешним катализаторам на рынке, для которых требуются дорогие материалы и их ограниченное количество.

Их катализатор также можно использовать с любым типом воды, что является еще одним фактором, который дает ему преимущество перед современными способами получения водорода, такими как электролиз воды.

«Существует нехватка питьевой воды, и это самая большая проблема электролиза воды для получения водорода — приходится использовать чистую воду», — говорит Гамильтон. «С этим вы этого не сделаете. Мы берем что-то грязное, что нельзя пить, и вырабатываем водород и электричество в топливном элементе. И оно выплевывает воду, которую можно пить».

«Вы можете превратить хвостохранилища нефтеносных песков в полезное топливо, одновременно очищая воду. Звучит так, будто это слишком хорошо, чтобы быть правдой, но это не так», — добавляет Вейно.

Помимо того, что катализатор является заметным улучшением существующих катализаторов, он также превращает обычно энергоемкий процесс в нечто, чего можно достичь при гораздо более низких температурах и меньших затратах энергии.

Новый процесс, основанный на использовании катализатора, также приводит к получению небольшого количества кислорода, что делает его менее летучим, чем нынешние методы. Как объясняет Гамильтон, при использовании водородного топливного элемента наиболее распространенным методом получения водорода является электролиз воды. Этот процесс расщепляет воду на водород и кислород, разделяет их, а затем воссоединяет в топливном элементе для выработки электроэнергии.

«Вы смешиваете водород и кислород и достигаете определенных концентраций — это взрывоопасная смесь. Поэтому вам придется разделить их, чтобы иметь возможность использовать его безопасно. С помощью нашего метода мы изолируем кислород без дорогостоящих мембранных сепараторов, которые обычно используются, и можем генерировать водород и направлять его непосредственно в топливный элемент. Вам не нужно это разделять», — говорит Гамильтон.

«Подумайте о том, чтобы ваш садовый шланг подавал вам воду, которую можно практически по требованию превратить в нужное вам топливо. Он убирает транспорт, убирает склады, убирает негативные взрывные возможности», — добавляет Вейно.

Первоначально исследователи стремятся создать автономные устройства, которые могли бы помочь отдаленным общинам или помочь в ликвидации последствий стихийных бедствий, когда доступ к природному газу и питьевой воде является проблемой. Они представляют себе систему «все в одном», которая будет относительно компактной и простой в использовании — «что-то вроде SodaStream, но вместо того, чтобы впрыскивать CO2 для получения газированного напитка, в топливный элемент попадает выделяющийся водород». генерировать вашу силу», — говорит Гамильтон.