Уголь, нефть и газ постепенно уходят в прошлое. Будущее — за солнечной и ветроэнергетикой, а также за водородом. Водородная энергетика по эффективности сможет в будущем превзойти даже атомную. Так считают ученые КубГУ, которые трудятся над созданием мембранных реакторов, с помощью которых в перспективе можно будет получать чистый и дешевый водород.
В чем суть?
Как сегодня можно получить водородное топливо? Водород — самый распространенный элемент на нашей планете, но везде находится в связанном виде. К примеру, в воде — в соединении с кислородом. А также в углеводородах — нефти и газе, которые сегодня используются в энергетике. Как отсоединить одно от другого и получить чистый водород?
«Чтобы выделить водород из других соединений и сделать его пригодным для использования, то есть в форме газа, требуются различного рода процессы. Одним из самых известных является электролиз. Два электрода опускают в воду, и под действием электрического тока вода раскладывается на водород и кислород. На одном электроде выделяется кислород, на другом — водород. Но этот процесс достаточно дорог, и с точки зрения экономики нецелесообразен. Вторым, и самым распространенным в мире методом, является паровой риформинг углеводородов. Например, метана. Его формула — CH4. Соответственно, на один углерод приходится аж целых 4 атома водорода, которые при извлечении образуют искомый газ», — объясняет доцент кафедры радиофизики и нанотехнологий КубГУ Илья Петриев.
Как работает паровой риформинг?
В реактор при достаточно высокой температуре (300–600 оС) подают разогретый газ. Параллельно в реакционную зону подается разогретый водяной пар. Все это начинает смешиваться, и на катализаторах происходит получение нескольких компонентов, в том числе водорода. Для того чтобы извлечь чистый водород из этой смеси, ученые КубГУ используют разработанные ими мембраны.
Причем тут мембраны?
Мембраны — это устройства, которые выборочно пропускают одни вещества, а другие задерживают, накапливая их с одной и другой стороны. Разработанные учеными КубГУ мембраны в основном металлические. Их делают на основе палладия с некоторыми добавками, например серебра, меди, золота и др.
«С помощью наших мембран можно селективно извлекать из газовых смесей только водород. Все остальное наши мембраны не пропускают, кроме высокочистого водорода. Селективность этих мембран очень высокая, практически бесконечная. Их также можно использовать для создания мембранных реакторов. Для этого изменяется схема традиционного реактора для риформинга и в него устанавливаются мембраны», — комментирует Илья Петриев.
Традиционные риформеры — стационарные и находятся на крупных промышленных предприятиях. Мембранная разработка ученых КубГУ позволяет существенно уменьшить размеры реактора, сделать его более компактным. Еще одну проблему процессов риформинга — необходимость поддержания высоких температур — тоже решили: разработанные мембраны способны пропускать водород при комнатной температуре.
Технология поможет не только крупным производствам
Разработанные мембранные реакторы могут серьезно удешевить получаемый продукт — чистый водород. Технология позволяет сделать мембранные реакторы получения водорода более компактными. Их можно будет использовать, например, в экспедициях в Арктику, при мобильном подключении к действующему источнику метана вблизи газопровода или же в районах, удаленных от существующих коммуникаций, с доставкой баллонного газа.
Экспериментальный образец разработки ученых Кубанского государственного университета показал полную работоспособность. Для дальнейшего вывода в реальный сектор ученые решают, как масштабировать и нарастить производство.
