Ученые из Бирмингемского университета представили новый подход к производству водорода, который может существенно снизить энергозатраты по сравнению с существующими технологиями. В основе разработки лежит перовскитный катализатор, позволяющий получать водород из воды при значительно более низких температурах.
Сегодня около 95% мирового производства водорода по-прежнему связано с использованием ископаемого топлива. Несмотря на активное развитие «зелёного» водорода, получаемого электролизом воды, его широкому распространению мешает высокая стоимость производства.
Учёные сосредоточились на технологии термохимического расщепления воды, при которой катализатор последовательно выделяет водород и кислород. Одним из главных ограничений такого подхода долгое время оставались чрезвычайно высокие рабочие температуры. Традиционные катализаторы требуют нагрева до 700–1000 °C для расщепления воды и до 1300–1500 °C для восстановления своих свойств между циклами работы.
Исследовательская группа под руководством профессора Юлуна Дина показала, что использование перовскитного катализатора на основе бария, ниобия, кальция и железа позволяет существенно снизить температурные требования. По данным авторов работы, производство водорода возможно уже при температурах от 150 до 500°C, а регенерация катализатора происходит в диапазоне 700–1000°C.
По мнению разработчиков, это открывает возможность использования в качестве источника энергии не только возобновляемой генерации, но и промышленного отработанного тепла. Значительные объёмы такого тепла образуются на металлургических, цементных, стекольных и химических предприятиях.
Если технология будет успешно масштабирована, производство водорода можно будет организовывать непосредственно рядом с источниками тепла и потребителями топлива. Такой подход позволит сократить расходы на хранение и транспортировку водорода, которые сегодня остаются одним из главных препятствий для развития водородной энергетики.
Предварительная технико-экономическая оценка, проведённая авторами исследования, показала, что новая технология потенциально способна конкурировать по стоимости не только с «зелёным», но и с «голубым» водородом, получаемым из природного газа с улавливанием углерода. Наиболее заметный экономический эффект ожидается в регионах с дешёвой возобновляемой электроэнергией.
Исследователи также отмечают, что выбранный тип перовскита не содержит токсичных компонентов и сохраняет работоспособность после серии циклов производства водорода. В настоящее время технология проходит этап коммерциализации в Великобритании и Европе, а университет уже подал патентную заявку на использование катализаторов данного типа для низкотемпературного расщепления воды.
Хотя до промышленного внедрения ещё предстоит пройти путь масштабирования и испытаний, работа демонстрирует один из возможных способов снижения стоимости производства водорода — направления, которое многие страны рассматривают как важный элемент будущей низкоуглеродной энергетики.