Хоть водород и является одним из самых распространенных элементов на Земле, он практически не встречается в природе в чистом виде – его нужно добывать из других соединений, а затем очищать. Этот процесс довольно энергозатратный, поэтому не является экологичным.
Но недавно международная команда ученых во главе с профессором Яном Меткафом из Университета Ньюкасла разработала первый в истории термодинамически обратимый химический реактор, который способнен синтезировать водород как поток чистого продукта.
Принцип работы нового типа водородного генератора основан на непрерывной подаче кислорода между потоками реагентов. Технология позволяет избежать смешивания реагирующих газов, проводя кислород между потоками с помощью твердотельного резервуара. Конструкция этого резервуара такова, что он поддерживает равновесие с потоками газообразных реагентов, что создает условия для «химической памяти» о реакционной траектории. В результате реактор производит поток чистого водорода, что устраняет необходимость в дорогостоящих устройствах для разделения смеси конечных продуктов.
Ученые утверждают, что разработанный ими реактор уникален, потому что он производит отдельные, чистые продукты. Обычно водород получают в результате расщепления молекул воды. Современные методы химического, механического или электрического расщепления являются термодинамически необратимыми. Это означает, что полученный водород затем должен быть отделен от других продуктов, что является длительным и энергозатратным процессом. Реакция между водой и монооксидом углерода приводит к образованию водорода и диоксида углерода. Углерод может легко попасть в конечный продукт, загрязняя его и создавая необходимость в процессе очистки.
Новый реактор работает в термодинамически обратимом режиме, что позволит добывать водород посредством одноступенчатой конверсии. Более того, конструкция реактора такова, что углерод в виде моноксида или диоксида углерода никак не может попасть в поток водорода – диоксид углерода и водород образуются на разных концах реактора в виде чистых продуктов.
«В то время как для традиционного производства водорода требуется два реактора и процесс очистки, наш реактор выполняет все этапы в одном блоке. И хотя мы демонстрируем работу концепции для получения водорода, такой реактор также можно будет использовать и для других процессов», – Ян Меткаф, ведущий автор исследования.
Добытый экологичным способом водород – это огромное достижение, которое может стимулировать все виды разработок, включая стабильные поставки водорода для транспортных средств на топливных элементах.
Эта технология может произвести революцию в производстве водорода, что повлияет на весь сектор энергетики.
