Российские и китайские ученые разрабатывают технологию энергоэффективного получения водорода из биомассы, ориентированную на снижение углеродного следа и энергозатрат при производстве одного из ключевых энергоносителей низкоуглеродной экономики. Проект реализуется ФИЦ «Институт катализа СО РАН» совместно с Университетом электронных наук и технологий Китая при поддержке Российского научного фонда.
В основе исследования — двухстадийная схема получения водорода из биомассы. На первом этапе ученые получают муравьиную кислоту из продуктов разложения крахмала и глюкозы, на втором — выделяют из нее водород с помощью специально разработанных каталитических систем. Такой подход рассматривается как альтернатива традиционным методам производства водорода из природного газа и угля, которые требуют высоких температур и сопровождаются значительными выбросами углекислого газа.
Муравьиная кислота привлекает внимание исследователей как перспективный носитель водорода. Она относительно доступна, стабильна при хранении и транспортировке и отличается низкой токсичностью по сравнению с рядом других химических соединений. Кроме того, ее разложение позволяет получать водород с высокой степенью чистоты, что критически важно для использования в топливных элементах и водородной энергетике.
Разрабатываемая технология позволяет существенно снизить энергозатраты процесса. Если существующие промышленные методы синтеза водорода требуют температур выше 700 °C, то двухстадийная конверсия биомассы позволяет проводить ключевые реакции при температурах порядка 150 °C. Это открывает возможности для создания более компактных и экологически устойчивых производственных решений.
Проект выполняется в рамках гранта РНФ № 25-43-02194 под научным руководством академика РАН Валентина Пармона. Исследования сосредоточены на разработке моноатомных и двойных моноатомных катализаторов — систем, в которых активными центрами выступают отдельные атомы металлов, стабилизированные азотсодержащими носителями, в том числе на углеродной основе.
По словам ведущего научного сотрудника Института катализа СО РАН Николая Громова, проект сочетает экспериментальные исследования с квантово-химическим моделированием. Ученые изучают механизмы взаимодействия каталитических систем с муравьиной кислотой, а также особенности выделения водорода как в жидкой, так и в газовой фазе, включая растворы, полученные при гидролизе и окислении биомассы.
Отдельное внимание уделяется селективности реакции — ключевому параметру для практического применения технологии. Как отмечает старший научный сотрудник Института катализа СО РАН Дмитрий Булушев, катализаторы с атомарными активными центрами демонстрируют селективность до 99%. Это позволяет практически полностью исключить образование побочных продуктов, прежде всего монооксида углерода, нежелательного для водородных энергетических систем.
В разработке и тестировании каталитических материалов также участвует ведущий научный сотрудник Института катализа СО РАН Ольга Подъячева, которая занимается подбором оптимальных условий синтеза катализаторов, испытаниями в различных фазах и установлением механизмов реакций.
Китайская сторона проекта сосредоточена на развитии фотокаталитических подходов. Профессор Университета электронных наук и технологий Китая Куанжун Сянг отмечает, что международное сотрудничество позволяет ускорить разработку водородных технологий за счет объединения научных компетенций и совместной работы над преобразованием солнечной энергии в чистую химическую энергию.
Разрабатываемая технология рассматривается как один из элементов будущей водородной энергетики, ориентированной на использование возобновляемого сырья, снижение энергозатрат и минимизацию экологических рисков. В условиях роста интереса к водороду как инструменту декарбонизации экономики подобные исследования могут сыграть важную роль в формировании устойчивых энергетических решений.