Соленый водород: выгодно ли добывать топливо из морской воды?
Водород многие называют топливом будущего, а самый экологически чистый способ его добычи — электролиз. Для этого нужна вода. Много воды, причем пресной. Хотя в некоторых уголках Земли ее не хватает людям. Что уж говорить о производствах и транспорте. Расскажем, как предлагают решить эту проблему.
Чтобы получить 1 кг Н2 из воды, ее нужно около 10 литров. По подсчетам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, если водородная энергетика все же получит распространение, для электролиза понадобится примерно 25 млрд кубометров воды в год — столько приблизительно потребляет страна с населением в 62 млн человек, например Италия. В таком случае мир может столкнуться с дефицитом пресной воды.
Топливо будущего: когда водород заместит «грязные» нефть и газ?
ЧитатьС чем на Земле нет дефицита, так это с морской водой. Но для электролиза она не подходит. Точнее, подходит но с оговорками. Дело в том, что когда разряд тока проходит через соленую воду, ионы хлора в жидкости превращаются в газ, который разъедает электроды и катализаторы. Коррозия приводит к тому, что обычно работающий годами прибор выходит из строя в течение пары часов.
Решением этой проблемы сегодня занимается не одна группа ученых. Например, команда Насира Махмуда из мельбурнского RMIT University придумала покрывать электроды отрицательно заряженными сульфатами и фосфатами, которые отталкивают отрицательно заряженные ионы хлора. Они в течение двух месяцев тестировали свою разработку и не зафиксировали урона электродам. Их установка производит водород с той же скоростью, что и аналогичные промышленные пресноводные электролизеры.
Коллеги Махмуда из австралийского University of Adelaide в своей установке использовали специальную мембрану. В ней, в отличие от других электролизеров, вода расщеплялась на аноде, а не катоде. Ионы водорода, проходя через мембрану, которая пропускает только их, соединяются с электронами, образуя Н2. А электроды нанотехнологи защитили от деформации с помощью оксида хрома. Такой прокачанный аппарат активно расщеплял морскую воду без проблем в течение четырех суток, сообщили ученые в Nature Energy.
Успеха в этом направлении добились и китайские инженеры. Специалисты из Nanjing University of Technology закрыли электроды мембранами, которые пропускают только пар, получаемый из морской воды. Их установка без проблем проработала больше 133 дней, о чем нанкинские исследователи отчитались в Nature.
Мембранный электролизер для морской воды, разработанный китайскими инженерами
Инфографика © Springer Nature Limited (превод ред.)
Эти достижения впечатляют, но стоило ли так трудиться, задается вопросом канадский химик из University of Calgary Мд Кибрия. По его словам, вместо того чтобы подгонять аппараты под морскую воду, проще и дешевле опреснить ее в специальных установках, а потом уже отправлять на расщепление. В опреснительных агрегатах как раз используются мембраны, схожие с теми, что применили в электролизерах. Удорожание водорода на выходе будет минимальным — примерно на цент, рассказал ученый Science.
Насир Махмуд с ним не согласен. По его словам, многим странам окажется не по карману дорогостоящая система опреснения воды. К тому же, считает он, устойчивые к коррозии электролизеры можно использовать не только с морскими водами, но и со сточными.
Водородное импортозамещение: топливо будущего будет нашим
ЧитатьНо главная проблема электролизеров не в том, что они не дружат с соленой водой, а в том, что они дают дорогой водород. Катализаторы для них делают из драгоценных металлов, так что килограмм H2 из воды пока обходится примерно в 5 долларов. Это вдвое дороже, чем водород, производимый из метана или угля. Правда, сегодня дешевый водород из полезных ископаемых — парниковые газы. А с ними весь мир борется, так что за электролизным топливом будущее, как ни крути.
