Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали новый метод извлечения газообразного водорода из жидких носителей, который быстрее, дешевле и более энергоэффективен, чем предыдущие подходы. «Водород широко рассматривается как устойчивый источник энергии для транспорта, но есть некоторые технические препятствия, которые необходимо преодолеть, прежде чем его можно будет рассматривать в качестве практической альтернативы существующим технологиям», — говорит Милад Абольхасани, соответствующий автор статьи о новой технологии. техника и адъюнкт-профессор химической и биомолекулярной инженерии в штате Северная Каролина. «Одним из больших препятствий на пути перехода к водородной экономике является стоимость хранения и транспортировки». Водородное топливо не приводит к выбросам CO 2 . А водородные заправочные станции могут быть расположены на существующих заправочных станциях, используя существующую инфраструктуру. Но транспортировка газообразного водорода опасна, поэтому водород необходимо транспортировать с помощью жидкого носителя . Ключевым препятствием для этой стратегии является то, что извлечение водорода из жидкого носителя в местах назначения, таких как заправочные станции, является энергоемким и дорогим.

«Предыдущие исследования показали, что можно использовать фотокатализаторы для выделения газообразного водорода из жидкого носителя, используя только солнечный свет», — говорит Аболхасани. «Однако существующие методы для этого были трудоемкими, отнимали много времени и требовали значительного количества родия — металла, который очень дорог». «Мы разработали метод, в котором используется многоразовый фотокатализатор и солнечный свет для более быстрого извлечения газообразного водорода из его жидкого носителя с использованием меньшего количества родия, что делает весь процесс значительно менее дорогим», — говорит Малек Ибрагим, первый автор статьи и бывший постдокторант в штате Северная Каролина. «Более того, единственными побочными продуктами являются газообразный водород и сам жидкий носитель, который можно многократно использовать повторно. Это очень экологично». Одним из ключей к успеху новой технологии является то, что это реактор непрерывного действия . Реактор напоминает тонкую прозрачную трубку, набитую песком. «Песок» состоит из микронных зерен оксида титана, многие из которых покрыты родием. Жидкость, несущая водород, закачивается в один конец трубки. Частицы с родиевым покрытием выстилают внешнюю часть трубки, где на них может попасть солнечный свет. Эти частицы являются фотореактивными катализаторами, которые в присутствии солнечного света реагируют с жидким носителем с выделением молекул водорода в виде газа. Исследователи точно спроектировали систему так, что только внешние зерна оксида титана покрыты родием, гарантируя, что система не использует больше родия, чем необходимо. «В обычном реакторе периодического действия 99% фотокатализатора составляет оксид титана, а 1% — родий», — говорит Абольхасани. «В нашем реакторе непрерывного действия нам нужно использовать только 0,025% родия, что существенно влияет на конечную стоимость. Один грамм родия стоит более 500 долларов». В своем реакторе-прототипе исследователи смогли достичь выхода 99% — это означает, что 99% молекул водорода были высвобождены из жидкого носителя — за три часа. «Это в восемь раз быстрее, чем в обычных реакторах периодического действия, которым требуется 24 часа для достижения выхода 99%», — говорит Ибрагим. «И система должна легко масштабироваться или масштабироваться, чтобы обеспечить повторное использование катализатора в коммерческом масштабе — вы можете просто сделать трубку длиннее или объединить несколько трубок, работающих параллельно». Проточная система может работать непрерывно до 72 часов, прежде чем ее эффективность снизится. На этом этапе катализатор можно «регенерировать», не удаляя его из реактора — это простой процесс очистки, который занимает около шести часов. Затем систему можно перезапустить и проработать с полной эффективностью еще 72 часа. Штат Северная Каролина подал предварительный патент на технологию. Исследование было опубликовано в журнале ChemSusChem.