Всего пара граммов, и вы на водороде.

Автомобиль заправляется жидкостью, содержащей водород. Топливо проходит через каталитический нейтрализатор, где водород выделяется в топливный элемент. Когда водород заканчивается, его сливают и заливают новую жидкость на заправке. Источник.

Поиск альтернативных и надёжных способов производства и хранения энергии является ключом к сокращению выбросов CO₂ на основе ископаемого топлива. В этой трансформации важную роль могут сыграть водород для хранения и водородные топливные элементы для преобразования энергии, поскольку они не загрязняют окружающую среду ‒ при сгорании водорода в топливном элементе для производства электричества образуется только вода. Однако хранение самого водорода затруднено, и, учитывая преимущества использования жидких материалов для этого, была предложена концепция обратимых жидких носителей.

Исследователи из Лундского университета в Швеции исследуют автомобильное жидкое топливо, которое преобразуется в водород с помощью твёрдого катализатора. Только за столь простым объяснением скрывается кое-что действительно любопытное: используемая жидкость не является топливом сама по себе ‒ его работу выполняет водород, а жидкость – только его носитель. Будучи использованной, она сливается из топливного бака и вновь загружается водородом, после чего её можно снова использовать в замкнутой системе, свободной от выбросов парниковых газов.

Эксперименты подтвердили работоспособность метода. И пусть это пока ещё только фундаментальное исследование, у него есть потенциал стать эффективной системой хранения энергии в будущем.

«Наш катализатор ‒ один из самых эффективных, по крайней мере, если посмотреть на общедоступные исследования», ‒ говорит Ола Вендт, профессор химического факультета Лундского университета и один из авторов.

Поиск альтернативных способов производства, хранения и преобразования энергии с целью сокращения выбросов углекислого газа от ископаемого топлива необходим для уменьшения воздействия на климат. Одним из способов является использование широко обсуждаемого газообразного водорода, который многие рассматривают как будущее решение для хранения энергии. Природа хранит энергию в химических связях, а водород имеет самую высокую плотность энергии по отношению к его весу.

«Однако с газом может быть сложно обращаться, поэтому мы ищем жидкое топливо, заряженное водородом, которое можно будет подавать в насос, примерно так же, как это происходит сегодня на заправочных станциях», ‒ говорит Вендт.

Эта концепция известна как LOHC (жидкие органические носители водорода) и сама по себе не нова. Задача состоит в том, чтобы найти максимально эффективный катализатор, который сможет извлекать водород из жидкости.

Концепция LOHC в условиях непрерывного потока. Источник.

Система предназначена для работы с использованием жидкости, «заряженной» водородом. Жидкость прокачивается через твёрдый катализатор, который извлекает водород. Его можно использовать в топливном элементе, который преобразует химическое топливо в электричество, в то время как «отработанная» жидкость переносится в другой резервуар. Единственным выбросом является вода.

Отработанную жидкость можно затем слить на заправочной станции перед заправкой новой заправленной жидкостью. Это, вероятно, будет означать крупномасштабное производство этого вещества, сравнимое с сегодняшними нефтеперерабатывающими заводами.

«Мы переработали более 99 процентов газообразного водорода, который присутствовал в жидкости», ‒ говорит Вендт.

Исследователи также узнали, можно ли использовать это топливо для более крупных транспортных средств ‒ таких как автобусы, грузовики и самолёты.

«С большими баками, которые у них есть, возможно, удастся преодолеть почти такое же расстояние, как и с баком дизельного топлива. Кроме того, вы сможете преобразовать примерно на 50 процентов больше энергии по сравнению со сжатым водородом», ‒ объясняет профессор.

В качестве жидкостей используются изопропанол (являющийся распространённым ингредиентом средств для мытья стёкол) и 4-метилпиперидин.

Учёные понимают, что со стороны может показаться, будто это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой. И действительно, на данный момент остаётся ряд пока не решённых проблем. Во-первых, довольно ограничен срок службы катализатора; а во-вторых, это довольно дорогостоящая технология: катализатор сделан на основе иридия, драгоценного металла.

Однако «по нашим оценкам, вам потребуется около двух граммов иридия на автомобиль, ‒ обращает автор внимание на относительность дороговизны технологии. ‒ Это можно сравнить с современными каталитическими нейтрализаторами очистки выхлопных газов, что содержат около 3 граммов платины, палладия и родия, которые также являются драгоценными металлами».

По сути, главным на сегодня в этом техническом решении является то, что оно обрисовывает перспективность практического применения фундаментального основания метода. Благодаря этому, по мнению Вендта, становится понятно, что, будь решение о выпуске готового продукта принято, концепция могла бы быть готова уже через десяток лет. Конечно, при условии, что она экономически жизнеспособна и что общество проявит интерес.

Другая проблема заключается в том, как производится водород: сегодня большая часть производства не является экологически безопасной. Затем водород необходимо эффективно хранить и транспортировать, что сегодня не так просто. Существуют также риски самой заправки сжатым водородом. Команда надеется решить эту проблему с помощью своего метода.

«98% всего водорода сегодня производится из ископаемого топлива и производится из природного газа. Побочным продуктом является углекислый газ. С экологической точки зрения идея производства водорода для стали, батарей и топлива бессмысленна, если это делается с использованием природного газа», ‒ утверждает Вендт, и тут же добавляет, что проводится множество исследований по поиску методов получения «зелёного водорода» путём расщепления воды на водород и кислород с помощью возобновляемых источников энергии. В то же время он считает, что для должного распространения этих возобновляемых и экологически чистых альтернатив необходимы политические решения.

«Это должно быть дешевле. Возобновляемые источники энергии не имеют шансов конкурировать с чем-то, что вы просто выкапываете из-под земли, где транспортировка является почти единственной статьёй затрат, как в случае с ископаемым топливом», ‒ заключает профессор.

АРМК, по материалам Лундского университета.