Российские учёные совместно с иностранными коллегами синтезировали соединение, которое может стать оптимальным наполнителем для транспортировки и хранения водорода. Кварцевое стекло с добавлением оксида лития способно адсорбировать водород и выделять его без особых требований к температурным условиям. Применение такого материала поможет решить одну из серьёзных проблем водородной энергетики — хранения и перевозки водородного топлива.
Учёные из Института физики твёрдого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) совместно с бразильскими коллегами нашли химическое соединение, которое может стать оптимальным материалом-контейнером для транспортировки и хранения водорода. Применение разработки поможет решить одну из важных проблем водородной энергетики. Об этом RT сообщили в Минобрнауки России. Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry C.
Как отмечают авторы работы, водород считается наиболее экологичным видом топлива: при его сгорании отсутствуют выбросы углекислого газа и образуется лишь водяной пар, который снова поступает в замкнутый цикл производства.
Однако развитию водородной энергетики во всём мире мешает несколько причин — прежде всего дороговизна получения такого топлива, а также сложность его транспортировки и хранения. Водород обладает очень высокой взрывоопасностью и летучестью, а кроме того, разрушает стенки резервуаров, в которых хранится.
В качестве решения этой проблемы сегодня рассматривается хранение водорода в твёрдом состоянии в виде химических соединений — гидридов. В составе таких соединений может содержаться до 20% водорода по массе. Однако такая форма хранения и транспортировки водорода тоже имеет серьёзные недостатки: поскольку в некоторых соединениях водород вступает в химические связи с остальными компонентами контейнера, его высвобождение требует высоких температур. Так, в металлических гидридах выделение вещества происходит только при нагреве свыше 100 °С.
Решить данную проблему позволяет метод хранения водорода в адсорбированном состоянии в виде молекул. В этом случае используются специальные материалы, которые сначала адсорбируют водород, а затем при необходимости выделяют топливо. Учёные рассматривают в роли таких материалов-контейнеров металлоорганические соединения и цеолиты. Однако в этом случае возникают другие сложности: водород может выделяться только при очень низких температурах, близких к температуре жидкого азота.
Авторы исследования нашли другой вариант соединения для хранения и транспортировки водорода. Учёные установили, что кварцевое стекло с добавлением оксида лития (литийсиликатное стекло) является оптимальным носителем для водорода. В этом веществе водород не вступает в химические связи с другими атомами, что происходит в случае с рядом других материалов, где водород встраивается в химическую структуру вещества. При этом добавление оксида лития придаёт кварцевому стеклу свойства, позволяющие водороду выделяться из этого адсорбента при температурах от 10 до 100 °С. Кроме этого, добавка оксида лития приводит к уменьшению диффузии молекул водорода в материале и тем самым увеличивает время выделения водорода.
«Изменение спектров водорода в литийсиликатном стекле в течение времени позволило нам рассчитать энергию выхода водорода с поверхности стекла и оценить время, необходимое для его выхода при различных температурах. Дальнейшее исследование обнаружило, что большое влияние на стабильность растворов водорода в массивном литийсиликатном стекле оказывает диффузия, которая увеличивает в несколько раз время выхода водорода», — рассказал RT руководитель гранта РНФ, ведущий научный сотрудник ИФТТ РАН Вадим Ефимченко.
По словам авторов исследования, применение разработанного материала может упростить хранение и перевозку водорода, то есть решить одну из важных проблем водородной энергетики.