середа, 9 грудня 2020 р.

Методи більш ефективного вилучення водню з води для отримання відновлюваної енергії

Університет Глазго

 Новий метод більш ефективного вилучення водню з води може сприяти уловленню відновлюваної енергії у вигляді стійкого палива, вважають вчені.

 У новій роботі, опублікованій в журналі Nature Communications, дослідники з університетів Великобританії, Португалії, Німеччини та Угорщини описують, як пульсуючий електричний струм через шаруватий каталізатор дозволив майже вдвічі збільшити кількість водню, що виробляється за мілівольт використаної електроенергії  під час процесу.

 Електроліз, процес, який, мабуть, знайомий кожному, хто вивчав хімію в середній школі, використовує електричний струм для розщеплення зв’язків між атомами водню та кисню у воді, виділяючи водень та кисневий газ.  Якщо електричний струм для процесу електролізу генерується за допомогою відновлюваних джерел, таких як вітер або сонячна енергія, весь процес не виділяє додатковий вуглець в атмосферу, не вносячи ніякого внеску в зміну клімату.  Потім водень може використовуватися як джерело палива з нульовими викидами в деяких видах транспорту, таких як автобуси та машини, або для опалення будинків.

 Дослідження групи було зосереджено на пошуку більш ефективного способу отримання водню за допомогою реакції електрокаталітичного розщеплення води.  Вони виявили, що електроди, покриті телуридним каталізатором молібедену, продемонстрували збільшення кількості газоподібного водню, що утворюється під час електролізу, коли застосовували специфічну схему імпульсів сильного струму.  Оптимізуючи імпульси струму через кислий електроліт, вони можуть зменшити кількість енергії, необхідної для отримання даної кількості водню, майже на 50%.

 Доктор Олексій Ганін з хімічної школи Університету Глазго керував дослідницькою групою.  Доктор Ганін сказав: "В даний час Великобританія забезпечує близько третини своїх потреб у виробництві енергії за допомогою відновлюваних джерел, а в Шотландії цей показник становить близько 80%.

 "Експерти прогнозують, що незабаром ми досягнемо точки, коли ми будемо виробляти більше відновлюваної електроенергії, ніж вимагає наше споживання. Однак, оскільки в даний час існує надлишок виробленої енергії, він повинен використовуватися у міру його виробництва, а то вона йде в відходи. Це  життєво важливо, щоб ми розробили надійний набір методів для накопичення енергії для подальшого використання.

 "Акумулятори - один із способів зробити це, але водень є дуже перспективною альтернативою. Наші дослідження дають важливе нове уявлення про отримання водню в результаті електролізу більш ефективно та економічно, і ми прагнемо продовжувати цей перспективний шлях дослідження".

 Оскільки рівень каталітичного посилення контролюється електричними струмами, останні досягнення машинного навчання можуть бути використані для точної настройки правильної послідовності прикладених струмів для досягнення максимальної потужності.  Наступним етапом для команди є розробка протоколу штучного інтелекту для заміни людського вкладу в пошуку найбільш ефективних електронних структур, що використовуються в подібних каталітичних процесах.

Новий каталізатор затьмарює платину для отримання водню

 Лінн Редер, Тихоокеанська північно-західна національна лабораторія

 Водень, найпоширеніший елемент у Всесвіті, має потужні перспективи для використання.  І оскільки він не містить вуглецю, він виробляє лише воду, коли використовується як паливо.  Але на Землі водень найчастіше існує у поєднанні з іншими елементами, а значить, його потрібно добувати.

 Щоб використати чисту силу водню для енергетичних цілей та інших цілей, дослідники шукають доступні способи виробництва та зберігання водню.

 Нові дослідження Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії (PNNL) показують, що поєднання покірних мінералів затьмарює інші дорогоцінні метали, коли йдеться про отримання водню.  Співавтори з Університету штату Орегон (OSU) дослідники випробували каталізатор молібден-фосфід (MoP) зі стічними водами в невеликому реакторі, який називається мікробна електролізна клітина (MEC).  Результати випробувань показали, що MoP працював краще, ніж платина, дорогоцінний і дорогий метал, який зазвичай використовується для високих каталітичних показників.  Каталізатор MoP також виробляє водень у п'ять разів швидше, ніж інші неплатинові каталізатори, про які повідомлялося у відповідних дослідженнях.

  Їх каталізатор також добре працював з морською водою.

 "Якщо ви можете виробляти водень з морської води, запас ресурсів майже необмежений", - сказав Юян Шао, науковий співробітник PNNL, який керував дослідженнями каталізаторів.

 Як і морська вода, каталітичний матеріал MoP широко доступний і, отже, дешевий.  Каталізатор також працював зі стічними водами, іншим повсюдним ресурсом.

 Подробиці дослідження групи з’являються в журналі ACS Catalysis.  Результати випливають із трирічного проекту, що фінансується Управлінням паливно-клітинних технологій Департаменту енергетики.

 Краща альтернатива

 Одним з найпоширеніших методів отримання водню є процес, який називається електролізом.  Цей процес поєднує електрику з різними хімічними речовинами, які називаються електролітами, і твердим каталізатором.  В результаті реакції утворюється водень, але весь процес використовує багато енергії та дорогих ресурсів, таких як платина.

 Ферментація з використанням відновлюваних джерел або потоків відходів обіцяє доступне виробництво водню.  Але процес бродіння працює повільно, урожайність низька, а потік продукту вимагає дорогого очищення через інші побічні продукти ферментації.  У MEC електричний струм поєднується з бактеріями для розкладання органіки та утворення водню.  На жаль, також використовують дорогу платину для реакційної поверхні, і якщо використовуються неплатинові каталізатори, вихід водню залишається низьким.

 В OSU дослідники розробили гібридну конструкцію MEC, при якій ферментація та електроліз відбуваються в одному посуді на відміну від окремих етапів, а побічні продукти безпосередньо витрачаються в процесі.  Ця інтегрована конструкція збільшує продуктивність та знижує витрати на обладнання.  Але зважаючи на високу вартість платини, команда потребувала каталізатора, який міг би знизити виробничі витрати приблизно до двох доларів за кілограм водню.

 Сюрприз другої фази

 Спираючись на попередні відкриття каталізатора MoP, дослідники PNNL досліджували каталізатор для використання в MEC.  Дослідницька група почала з комбінації MoP через її спорідненість до активації або розділення молекул води.  Каталізатор також регулюється - кількість кожного мінералу можна регулювати.  Згідно з гіпотезою групи, це налаштування дозволить оптимізувати кількість водню, що виробляється в одній реакції.

 Вони частково мали рацію.

 Під потужним мікроскопом вони виявили, що каталізатор зібраний у суміш двох різних кристалічних фаз - MoP та MoP2.  Будова атомів для кожної фази була різною, що призводило до різних реакцій.  Поки MoP2 вивільняв атоми водню з молекул води, MoP перетворював атоми водню в молекули газоподібного водню.  Два активні сайти посилили загальну реакцію.

 "Ми не очікували одночасного утворення двох кристалічних фаз", - сказав Шао.  "Дві фази працюють набагато краще, ніж одинарна фаза".

 Дослідники провели свої експерименти в умовах нейтрального рН як в гібридній клітині в OSU з використанням стічних вод, так і в іншому реакторі на PNNL, що використовує морську воду, з незмінними результатами.  Шао заявив, що ці висновки дають дослідникам впевненість у тому, що метод надійний, усуває платину та інші побічні продукти, і має великі перспективи щодо вдосконалення технологій водню та паливних елементів.


Воднева технологія LOHC, обрана для європейського водневого проекту

 Європейський водневий проект «Зелений водень на Блакитному Дунаї» транспортуватиме водень за технологією Hydrogenious LOHC Technologies та VERBUND AG.

 Рідкий органічний водень (LOHC) відіграватиме ключову роль у проекті, який був розроблений у рамках Важливих проектів, що становлять інтерес до Європейської спільноти (EPCEI).

 Проект передбачає створення загальноєвропейського ланцюжка постачання зеленого водню в Дунайському регіоні.  Потужність електролізу близько 1,5 ГВт, понад 80 000 тонн зеленого водню на рік, повинна вироблятися приблизно з 2 ГВт відновлюваної енергії.

 Транспортування цього водню через один із найстаріших торгових шляхів у Європі тепер буде економічно ефективним та простим із застосуванням технології LOHC.

 «Наші системи LOHC для скріплення та вилучення водню з рідини-носія зараз застосовуються на промисловому рівні в Баварії в розумних межах», - пояснює д-р Даніель Тейхман, керуючий директор та засновник Hydrogenious.

 "У проекті" Зелений водень @ Блакитний Дунай "ми також є партнером для планування проектів, реалізації заводу та придбання основних споживачів водню в Німеччині".

 "Консорціум проекту в даний час активізує обговорення з місцевими ринковими партнерами, які хочуть придбати зелений водень, вироблений в рамках проекту (наприклад, для декарбонізації процесів переробки нафти, як, наприклад, Bayernoil, та з Bosch через клієнтів зі стаціонарними паливними елементами".)

 MAN Energy Solutions та Clariant також є постачальниками ключових компонентів для технології LOHC.


 Представляєм набір новин на тему водневих технологій:

- Подальший приріст у 3,5 млн. Євро для Hydrogenious LOHC Technologies

 - Водень як паливо майбутнього - Hyundai, Hydrogenious LOHC Technologies на SHIFT Mobility відповідає IFA NEXT

 - Мер Рекс Парріс: Ланкастер буде керуватися воднем протягом п’яти років

  - Equinor та RWE приєднуються до проекту NortH2

 - Toyota створює нову Європейську бізнес-групу з паливних елементів

- Сенатор Бред Хокінс складає законопроект про рекламу транспортних засобів, що працюють на водні

 - Лінде і Снам спільно розроблятимуть проекти з чистого водню в Європі

 - Cell Impact відкриває японську філію

- FuelCell Energy забезпечує чисту енергію в штаті Коннектикут

 Постачальник рішень для паливних елементів FuelCell Energy побудує чотири нові електростанції для постачання чистої електроенергії в Коннектикут. 

- Plug Power і Gaussin представлять комерційний набір транспортних засобів Gaussin, що працюють від ProGen, у 2021 році. 

 - Плани створення нового масштабного зеленого водневого концентратора для підтримки Данії. 

 Eurowind Energy, Corre Energy та данська державна компанія Energinet  1 грудня оприлюднили плани. 

  - Норвегія приєднується до європейської ініціативи IPCEI щодо водню

 - Лінде та Даймлер співпрацюють над технологією заправки воднем

 - Siemens Gamesa розробить проект водневого режиму в режимі острівця

-  Зелене світло для «першого у світі» проекту «Водень до домів»

 - Logan Energy пропонує першу в Європі водневу станцію, що знижує витрати. 


 - Британський депутат закликає уряд підтримати водневий проект "HyNet". 


Підготував В. ЛИТВИНЕНКО

Немає коментарів:

Дописати коментар

Коментарі