Может ли водород стать будущим энергетики без ущерба для окружающей среды? Новый метод, разработанный учёными из Университета Райса, позволяет производить это топливо более экологичным и эффективным способом, полностью исключая выбросы углекислого газа.
Читайте: Создан самый эффективный двигатель – Китайцы объединили две технологии в одну
Паровой риформинг нового поколения: свет вместо тепла
Паровой риформинг природного газа сегодня является наиболее распространённым методом получения водорода.
Процесс основан на реакции метана с водяным паром при высоких температурах (свыше 800 °C) в присутствии никелевого катализатора, что приводит к образованию водорода и монооксида углерода. Затем монооксид углерода реагирует с водяным паром, образуя дополнительный водород и диоксид углерода.
Несмотря на высокую эффективность парового риформинга (65–75%), процесс сопровождается значительными выбросами CO2 – до 2,5 раз больше массы производимого водорода. Для снижения этих выбросов применяются дорогостоящие технологии улавливания и хранения углекислого газа, которые ещё находятся в стадии развития.
Исследователи из Университета Райса разработали катализатор, способный полностью устранить выбросы при паровом риформинге из-за использования света вместо тепла, для запуска реакции.
Более того, это исследование может помочь увеличить срок службы катализаторов, повысить эффективность и снизить затраты многих промышленных процессов, страдающих от коксования – формы накопления углерода, способной выводить катализаторы из строя.
Инновационный медно-родиевый фотокатализатор имеет конструкцию антенны-реактора, которая при воздействии определённой длины волны света разлагает метан и водяной пар без внешнего нагрева на водород и монооксид углерода – ценное сырьё для химической промышленности, не являющееся парниковым газом.
Новый путь реакции парового риформинга использует открытие 2011 года, сделанное в лабораториях Университета Райса, согласно которому плазмоны – коллективные колебания электронов, возникающие при воздействии света на металлические наночастицы – могут испускать «горячие носители» или высокоэнергетические электроны, которые можно использовать для запуска химических реакций.
Профессор Питер Нордландер из Университета Райса отмечает:
«Это одно из наших самых значимых открытий на сегодняшний день, поскольку предлагает улучшенную альтернативу, вероятно, важнейшей химической реакции для современного общества. Мы разработали совершенно новый, значительно более устойчивый способ проведения парового риформинга».
Новая каталитическая система использует наночастицы меди в качестве антенн для сбора энергии. Однако, поскольку плазмонная поверхность медных наночастиц плохо связывается с метаном, потребовались атомы родия. Они связывают воду и молекулы метана с плазмонной поверхностью, используя энергию горячих носителей для питания реакции парового риформинга.
Помимо производства водорода, новый метод может быть использован для регенерации катализаторов, применяемых в других химических реакциях, что снижает затраты и уменьшает количество промышленных отходов.
Как подчёркивает профессор Наоми Халас из Университета Райса:
«Свет является самым чистым и распространённым источником энергии. Если мы сможем эффективно его использовать, возможности становятся практически безграничными».
Открытие учёных даёт новые перспективы для экологически чистого производства водорода. Если удастся применить его в промышленных масштабах, это даст толчок не только для энергетики, но и для всей химической промышленности.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU