Как сделать водородную воду в домашних условиях

Если рассматривать различные способы улучшения питьевой воды, то одним из самых полезных среди них можно считать насыщение воды молекулярным водородом. При этом жидкость получает ряд уникальных свойств:

• антиоксидантная активность;
• оптимальный для организма показатель pH;
• нормализация ОВП (Redox-потенциала).

Учитывая такие полезные характеристики питьевой жидкости с повышенным содержанием Н2, часто возникает вопрос – как сделать водородную воду в домашних условиях? До недавнего времени широкому кругу людей на бытовом уровне были доступны только дорогостоящие электролитические установки, сложные в управлении. Они достаточно небезопасны и требуют больших затрат на электроэнергию. Кроме того, водородную воду дома можно получить за счет химической воды реакции с активными металлами. Такая технология тоже считается небезопасной, требует большой аккуратности и знаний.

Генераторы для получения водородной воды

Современная альтернатива упомянутым способам производства водородной воды – компактные устройства с уникальной технологией выработки молекулярного водорода. В отличие от обычного неконтролируемого электролиза под высоким напряжением, реакция в таких генераторах проходит в особой мембране. Она изготовлена из электропроводящего полимера. Во время электрохимической реакции она не выделяет побочных продуктов разложения и не загрязняет жидкость. Это значит, что водородную воду можно будет сразу пить и не подвергать ее дополнительной фильтрации.

Также в качестве устройства для получения воды, насыщенной водородом, можно рассматривать бутылки-ионизаторы. В их фильтр-блоке содержатся магниевые и керамические шарики, способствующие образованию молекул водорода. Они могут очищать и улучшать качество воды, ощелачивая ее и уменьшая в ней количество свободных радикалов. При этом бутылки-ионизаторы не требуют электропитания или подзарядки аккумулятора и полностью автономны.

Водородная вода в домашних условиях из генератора

При использовании такого способа насыщения жидкости молекулами h3, не нужно заниматься длительными расчетами и подготовкой оборудования. Генератор работает автономно от встроенного аккумулятора, при включении ему не нужны внешние источники питания. Такое устройство позволяет безопасно приготовить водородную воду дома за несколько минут. По своим характеристикам она не будет отличаться от той, которую обработали в дорогостоящих установках для насыщения h3.

Узнайте больше о получении водородной воды дома – обращайтесь к представителям интернет-магазина Кулмарт по телефонам +7 (495) 951-34-22 или +7 (495) 504-61-81.

Как добыть водород безопасно в домашних условиях?

Умиляют подобные вопросы, ведь простому обывателю кажется, что получить водород достаточно просто, а ведь между тем это, хотя и можно сделать в обычных условиях, все же довольно опасно.

Первое, что нужно знать — это то, что делать подобные опыты нужно не иначе, как на открытом (на улице) воздухе, поскольку водород — газ весьма и весьма легкий (примерно в 15 раз легче стандартного воздуха) и будет он скапливаться у потолка, образуя смесь, весьма способную к взрыву. Если же принять все необходимые меры по предотвращению проблемных моментов, то можно осуществить реакцию взаимодействия щелочи и алюминия.

Берем колбу (лучше всего) или бутылку из стекла на 1/2 литра, пробку (посредине отверстие), трубку для отвода водорода, по 10 грамм алюминия и купороса (медного), соли поваренной (примерно грамм 20-ть), воды в количестве 200 мл. и шарик (резиновый) для сбора водорода. Купорос приобретаем в садово-огороднических магазинах, а в качестве алюминиевого сырья вполне могут выступить банки из под пива или проволока. Само собой, эмаль предварительно удаляют обжигом, нужен чистый алюминий, без примесей.

На 10 грамм купороса берут 100 мл воды, соответственно, готовят и второй раствор — на 20 грамм соли уйдет 100 мл воды. Оттенок растворов будет таким: купорос — голубой, соль — бесцветный. Далее все смешиваем воедино и получаем такой зеленоватого оттенка раствор. В него и добавляют заготовленный заранее алюминий. Смесь начнет давать пену — это водород. Алюминий замещает медь и вы это воочию сможете увидеть по налету красноватого оттенка на алюминиевом сырье. Появляется взвесь белесоватого цвета, именно тут можно начинать собирать нужный нам водород.

В процессе идет получение дополнительного тепла, в химии такой процесс относят к экзотермическим. Понятное дело, что если процесс не контролировать, то получится что-то вроде гейзера, который будет выплевывать порции кипятка, так что концентрация первоначальная должна быть под контролем. Для этого же и используют пробку с трубкой, чтобы безопасно произвести вывод водорода наружу. Диаметр трубки, кстати, никак не должен превышать 8-ми миллиметров. Собранным водородом можно надуть шарик, который будет значительно легче окружающего воздуха, а значит — позволит ему подняться вверх.

Честно сказать, подобные опыты практиковать нужно чрезвычайно внимательно и осторожно, иначе не избежать травм и ожогов.

«Зеленый» водород: как два литра воды могут обеспечить ваш дом энергией на несколько дней

«Зеленый» водород в будущем может полностью заменить ископаемое топливо. Сотрудники немецкого стартапа считают, что у них есть ключевой элемент для того, чтобы сделать его доступным для всех.

Вайтеа Кован родилась на острове в Тихом океане, испытывающем на себе влияние изменения климата. Она верит в перспективы технологии «зеленого» водорода. Более трех лет назад Вайтеа стала соучредителем компании Enapter.

«Я хотела заменить все дизельные генераторы в Новой Каледонии, а также в других отдаленных районах, которые не должны зависеть от «грязного» дизельного топлива», — говорит Кован.

«Осознав потенциал «зеленого» водорода, который способен заменить ископаемое топливо, мне захотелось стать частью этих перемен».

Электролизеры с ионообменной мембраной (ИОМ) этой немецкой компании используются более в чем 100 проектах в 33 странах. Эта технология позволяет производить водород без эмиссии с помощью энергии из возобновляемых источников.

Разработанный быстрее и дешевле, чем предполагалось, электролизер с ИОM уже заправляет автомобили и самолеты, питает промышленность и обогревает дома.

Водородные генераторы компании Enapter недавно получили премию принца Уильяма Earthshot Prize в номинации «Исправление климата».

Что такое зеленый водород?

Большая часть водорода на планете содержится в воде. «Зеленый» водород извлекают из воды без выбросов в атмосферу (обычно его производят путем сжигания ископаемого топлива). Этот способ производства основан на возобновляемой энергии, которая используется для электролиза, химического процесса, необходимого для разделения атомов водорода и кислорода в воде.

Основными недостатками этого способа считаются низкая эффективность производства водорода и высокая стоимость. Однако компания Enapter утверждает, что ее электролизер с ИОМ решает эти проблемы и обеспечивает быстрый и простой способ получения экологически чистой энергии даже в домашних условиях.

Половина воды, используемой для смыва в туалете, может питать дом в течение нескольких дней

Компания Enapter утверждает, что ее электролизеру необходимо всего около 2,4 литра воды для выработки водорода, достаточного для питания дома, в котором проживает семейная пара, в течение нескольких дней.

Однако точное количество дней зависит от емкости накопителя энергии. Это количество воды равно половине воды, используемой для однократного смыва унитаза (5 литров), и в восемь раз меньше, чем потребление воды посудомоечной машиной (20 литров).

Премия Earthshot поможет Enapter начать массовое производство.

«На площадке, которую мы начали строить шесть недель назад, серийное производство стартует в начале 2023 года», — говорит Вайтеа.

К 2050 году компания Enapter’s надеется производить 10% водорода в мире.

Обзор генераторов водородной воды BORK — читайте на сайте BORK

Водородная вода — это жидкость, обогащенная газообразным молекулярным водородом. Польза водородной воды заключается в способности подавлять окислительные процессы. При попадании в организм такая вода замедляет реакции окисления в клетках. Растворенный в жидкости свободный водород, связывается с радикалами и препятствует нарушению процесса клеточного развития.

Генератор водородной воды: преимущества использования

Обогащенная водородом жидкость:

• стимулирует скорость обменных процессов;
• насыщает кислородом клетки крови;
• замедляет клеточное старение.

Регулярное употребление водородной воды повышает сопротивляемость организма бактериальным и вирусным воздействиям, улучшает общее самочувствие. Рекомендуется пить такую воду во время занятий спортом, при снижении веса, а также в профилактических и оздоровительных целях. Водородная вода активно используется в косметологии для создания тоников, масок и кремов для лица.

Генераторы воды с доставкой

В интернет-магазине Bork вы можете купить портативные генераторы водородной воды, разработанные в Японии. Это устройства в компактном алюминиевом корпусе со встроенным аккумулятором. Принцип действия приборов основан на электролизе. Под воздействием электрического заряда в воде разрушаются молекулярные связи, после чего начинается высвобождение водорода. В результате этой электрохимической реакции не выделяются никакие побочные продукты. Водородную воду можно пить сразу, без дополнительной фильтрации.

Благодаря легким беспроводным устройствам вы сможете самостоятельно обогащать водородом обычную воду в домашних условиях. Особенности представленных в каталоге приборов:

• компактные размеры, небольшой вес;
• отсутствие проводов;
• возможность подключения с помощью USB-кабеля;
• минимальное время насыщения — одна или три минуты.

Девайсы работают от встроенных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 60 циклов обогащения воды. Герметичные металлические колбы хорошо сохраняют полезные свойства жидкости. Небольшого объема 120 мл достаточно для приготовления разовой порции для питья.

Заказать портативный генератор водородной воды вы можете онлайн на нашем сайте. Оформите заказ, выберите способ оплаты и получения покупки. Мы доставляем товары по всей России.

Генератор водородной воды BORK HW600 gg

• Водородная вода как мощный антиоксидант
• Насыщение водородом всего за 1 минуту
• Компактный алюминиевый корпус с базой для подзарядки
• Разработан и сделан в Японии

39 тыс. р.

Купить

Вы можете выбрать и приобрести в интернет-бутике BORK или в фирменных бутиках.

Обзор пылесосов BORK Как выбрать очиститель воздуха

Мой водородный шарльер или как получить водород в домашних условиях

Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.

У меня есть мечта — запустить высотный шарльер — «воздушный» шар, наполненный водородом.  Далее я подробно опишу, как мне таки удалось ее реализовать.

Классификация высотных шаров

Высотные любительские шары (свободные аэростаты) делятся на три класса:
шарльеры — оболочка наполнена газом легче воздуха;
монгольфьеры — оболочка наполнена горячим воздухом;
розьеры — оболочка содержит две камеры — одна наполнена газом легче воздуха, а вторая — подогретым воздухом. Это позволяет контролировать подъемную силу, но с намного меньшим расходом топлива, чем у монгольфьера.

История шарльеров

Сейчас для высотных любительских шаров широко используется гелий (ранее применялся водород).

Впервые водород для воздухоплавания использовал в 1783 году французским профессор физики Жаком Шарлем (Jacques Alexandre César Charles):

Водород поступал по шлангу из бочек с железными опилками и серной кислотой, шар диаметром 9 метров заполнялся 4 дня. Его шар, который исследователь назвал «La Charlière» (отсюда и название «шарльер«), достиг высоты 550 м:

В журнале «Природа» №10 за 1912 год описано применение водородных шаров в метеорологии:
привязной шар — круглый шелковый пролакированный шар, наполняемый водородом объемом до 20 м³; подобные шары поднимались на высоту 9650 м:

баллон-зонд — гуттаперчевый баллон, вмещающий 3-4 м³ водорода; к такому баллону прикрепляют парашют и метеограф; при достижении верхних слоев атмосферы баллон лопается, а парашют с метеографом спускаются на землю; такие шары достигли высоты 29040 м:

пилот-баллон — небольшой (объемом 0,1 — 0,2 м³) гуттаперчевый шар, наполненный водородом и летящий свободно без метеографа, наблюдение за таким шаром позволяет определить направления и скорости воздушных течений в атмосфере на различных высотах; такие шары достигли 25000 м.

Гелиевый шар, запущенный 1 ноября 2002 года, достиг высоты 79 809 футов http://vpizza. org/~jmeehan/balloon/#launch
Алексей Карпенко из Канады в октябре 2007 года запустил самодельный воздушный шар с бортовым компьютером, фото и видео камерой на высоту больше 30 километров http://www.natrium42.com/halo/flight2/
Гелиевый шар, запущенный Robert Harrison (UK) 17 октября 2008 года, достиг высоты 35 015 метров (проект Icarus) http://www.robertharrison.org/icarus/wordpress/28/icarus-i-launch-3/
Greg Klein, Alex Martin и Tim Wheeler запустили в сентябре 2009 года гелиевый шар, достигший высоты 90 000 футов http://apteryx.hibal.org/

Юридические аспекты запуска высотных шаров

Такие воздушные шары относятся к летательным аппаратам класса A (свободные аэростаты) подкласса  AA (свободные аэростаты, подъемная сила которых создается газом легче воздуха, без бортового подогревателя воздуха и без наддува оболочки) в соответствии со спортивным кодексом Международной авиационной федерации (FAI).

В Республике Беларусь Указом Главы государства от 25 февраля 2016 г. № 81 определено, что под авиамоделью понимается летательный аппарат без человека на борту, управление полетом которого возможно только при условии визуального контакта с ним, а также неуправляемый свободнолетающий аппарат. Таким образом, воздушный шар относится к авиамоделям. Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 16.08.2016 №636 утверждены Правила использования авиамоделей в Республике Беларусь.  Согласно правилам, авиамодели не подлежат государственной регистрации. Однако их использование запрещено на высоте, превышающей 100 метров от уровня земной или водной поверхности. Использование авиамоделей запрещается в пределах запретных зон, установленных Министерством обороны и Министерством транспорта и коммуникаций, и в случаях, определяемых Службой безопасности Президента Республики Беларусь; Авиамодели общей массой более 0,5 килограмма подлежат обязательной маркировке с указанием данных владельца.

Согласно пункту Федеральных правил использования воздушного пространства Российской Федерации для пользователей воздушного пространства, выполняющих полеты в воздушном пространстве классов A и C, устанавливается разрешительный порядок использования воздушного пространства — на основании плана использования воздушного пространства при наличии разрешения на использование воздушного пространства.

Получение водорода в домашних условиях

Я решил построить шарльер, так как получить гелий в домашних условиях весьма проблематично, а покупать — слишком просто и неинтересно.

  
ОПЫТЫ С ВОДОРОДОМ ОЧЕНЬ ОПАСНЫ! Водород пожароопасен и в смеси с воздухом взрывоопасен. Водород — наименее плотный из всех известных газов и дешевле сейчас широко используемого для пилотируемого воздухоплавания гелия в 40-50 раз. Его плотность 90 г/м³ (у воздуха для сравнения 1,23 кг/м³). Подъемная сила водородного шарльера равна разнице в весе между воздухом и водородом в одном и том же объеме. Если шар объемом 1 м³ наполнен водородом, то его подъемная сила будет равна 1,2 кг (масса 1 м³ воздуха) — 0,09 кг (масса 1 м³ водорода) = 1,01 кг. Таким образом 1 литр водорода поднимает около 1 грамма полезной нагрузки.

Вот иллюстрация к сравнению водорода и гелия из научно-популярной передачи WOW на канале CGTN:

Как же добыть водород???

Реакция с каустической содой

Самым безопасным способом получения водорода является реакция алюминия с водой:
2 Al + 6 H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3 H₂

Но ходу этой реакции препятствует оксидная пленка на поверхности алюминия. Ее можно удалить с помощью хлорида ртути HgCl₂. Но в домашних условиях более простым способом получения водорода является реакция алюминия с водой и гидроксидом натрия (ионы  OH^—) разрушают оксидную пленку на поверхности алюминия и начинается реакция):

2 Al + 6 NaOH = 3 H₂ + 2 Na₃AlO₃

(альтернативное описание этой реакции — 2 Al + 2 NaOH + 6 Н₂О = 2 Na[Al(OH)₄] + 3 Н₂)

54 грамма алюминия (2 моля) + 240 грамм едкого натра (6 молей) = 6 грамм водорода (3 моля).

Реакция идет с нагреванием (экзотермическая), вода при этом может закипеть!!!

Гидроксид натрия NaOH (каустическая сода, каустик, едкий натрий, едкий натр, едкая щелочь) (англ. sodium hydroxide, caustic soda, lye) широко распространена в природе.

Каустическая сода разъедает органические вещества. Относится к высокоопасным веществам 2 класса опасности. При попадании на кожу, слизистые оболочки и в глаза образуются серьёзные химические ожоги. При контакте слизистых поверхностей с едкой щёлочью необходимо промыть поражённый участок струей воды, а при попадании на кожу слабым раствором уксусной кислоты. Нельзя допускать попадания гидроксида натрия внутрь организма человека или животного!

Плотность гидроксида натрия (кристаллы) составляет 1,59 грамма в см³, растворимость в воде 108,7 грамма в 100 миллилитрах воды. Таким образом, 240 грамм занимают объем приблизительно 150 см³, и требуют для полного растворения 220 мл воды. Если воды недостаточно, то будет образовываться пена.

Достать гидроксид натрия можно в магазине бытовой химии — средство для чистки канализации:

В качестве источника алюминия можно использовать фольгу или проволоку. Плотность алюминия равна 2,7 грамма в куб. см. Для проволоки диаметром 2 мм масса 10 см проволоки равна 0,85 грамма, а 1 грамм проволоки имеет длину 11,8 см.

При нормальном давлении 6 грамм водорода занимают объем 67,2 литра (из-за давления оболочки шара объем будет меньше).

Для водорода в шарике справедлив закон Шарля (назван в честь упомянутого выше французского ученого) — «объем газа при постоянном давлении пропорционален его температуре»:
${P = const} \to {{T_1} \over {V_1}} = {{T_2} \over {V_2}} = {const}$
Водород в завязанном воздушном шарике находится при атмосферном давлении и, как следствие, объем шарика возрастает при нагреве и уменьшается при охлаждении.

Подходящим сосудом для смешивания реактивов является бутылка из-под шампанского, выдерживающая давление до 6 атм.
Сначала наливаем в бутылку 500 мл воды, добавляем 100 грамм гидроксида натрия, размешиваем до растворения, а затем бросаем внутрь бутылки нарезанную на кусочки по несколько см алюминиевую проволоку (30 грамм). Реакция сначала протекает медленно, но затем ускоряется. Бутылка при этом заметно нагревается.

Указанного количества реактивов должно хватить для выработки более 30 литров водорода. Одеваем шарик на горлышко бутылки и наблюдаем, как он наполняется водородом:

При первом успешном запуске 4 августа 2012 года объем надутого шарика составил более 25 литров. Использованный большой детский воздушный шарик весил около 8 грамм. Таким образом, «чистая» подъемная сила составила около 25-8 = 16 грамм.

Также можно использовать цинк Zn вместо алюминия Al, а вместо гидроксида натрия NaOH — гидроксид калия KOH (едкое кали, каустический поташ).

Альтернативными вариантами добычи водорода «на дому» являются реакция с медным купоросом и электролиз раствора.

Реакция с медным купоросом

Медный купорос CuSO₄ является сульфатом меди (медной солью серной кислоты).

Медный купорос ядовит, относится к третьему классу опасности — оказывает отравляющее действие при попадании на слизистые оболочки или при приеме внутрь.

Необходимо смешать несколько ложек медного купороса с немного большим количеством поваренной соли. Затем в емкость с полученной смесью добавить воды. После полного растворения раствор должен окраситься в зеленый цвет (если этого не произошло, то следует добавить еще соли). Затем добавляем кусочки алюминия и начинается реакция — образовавшийся в растворе хлорид меди смывает с поверхности алюминия оксидную пленку и алюминий вступает в реакцию, при которой восстанавливается медь и выделяется водород.

Реакция протекает с выделением тепла, поэтому целесообразно поместить емкость с реагентами в холодную воду.

Электролиз

Электролиз раствора каустической соды

Также водород выделяется при электролизе разбавленного раствора каустической соды в дистиллированной воде, причем электроды должны быть железными («железный» аппарат). Реакция идет с выделением тепла, поэтому необходимо предусмотреть отвод тепла от емкости, например, поместить деревянную емкость в песок (например, рекомендуется температура около 70° C). При необходимости можно подливать в раствор дистиллированную воду. Чистота получаемого водорода при этом достигает 97 % (по информации «Британской энциклопедии» за 1911 год). В журнале «Природа» за 1922 год указывается, что такой способ наполнения воздушных шаров водородом применялся во время Первой мировой войны.

Электролиз раствора поваренной соли

При электролизе водного раствора поваренной соли (англ. brine) вблизи одного из электродов (катода) выделяется водород, вблизи другого (анода) — хлор, и образуется щелочь — гидроксид натрия:
2 NaCl + 2 H₂O = 2NaOH + H₂ + Cl₂

Лакмусовая бумажка синеет, показывая щелочную реакцию:

Также на аноде выделяется в небольших количествах кислород из-за разложения гидроксид-ионов и молекул воды.
В качестве анода и катода целесообразно использовать инертные графитовые электроды, например, стержни, извлеченные из солевых (с надписью Heavy Duty) батареек:

Как показал проведенный мной эксперимент, выход водорода в этом случае невелик.

Тест на водород

Смесь водорода и кислорода воздуха (гремучий газ) взрывоопасна, и это ее свойство можно использовать как тест на наличие водорода. К пробирке с исследуемым газом нужно поднести заженную лучину, и если в пробирке накопился водород, то произойдет громкий хлопок (смесь водорода и кислорода сгорает со взрывом):

Чем меньше в пробирке кислорода, тем тише будет хлопок. Чистый водород даст лишь легкую вспышку — он горит без взрыва.

Запуск шарльера

Горлышко надувшегося шарика завязывается сложенной в несколько раз нитью, эта нить затем привязывается к нитке, намотанной на катушку:

Шарик взлетает очень резво, катушка ниток быстро разматывается.
Нижеприведенные снимки шарика в небе сделаны с четырехкратным увеличением.

При запуске 4 августа 2012 года была размотана почти целая катушка ниток длиной 200 м (но нить провисала). При наблюдении шара в подзорную трубу угловые размеры шарика составили примерно десятую часть поля зрения. Подзорная труба «Турист-3» обладает увеличением 20 крат и углом поля зрения 2 градуса. Таким образом, угловые размеры шара составили около 0,2 градуса. Учитывая, что диаметр шара составил при запуске 37 см (пренебрегаем расширением шара), расстояние до него составило около 100 м.

Продолжение следует
 

Германия выбирает ″зеленый″ водород. Что это значит для России | Анализ событий в политической жизни и обществе Германии | DW

Германия берет курс на водородную экономику, в основе которой будет «зеленый» h3. Правительство ФРГ решило проводить активную промышленную политику и 10 июня утвердило давно готовившуюся «Национальную водородную стратегию» объемом в 9 млрд евро. Ее сверхзадача — совместить дальнейшее индустриальное развитие страны и защиту глобального климата. Конкретная цель — выполнение обязательств по сокращению выбросов в атмосферу парниковых газов до 2030 и 2050 годов, взятых на себя Германией и Евросоюзом в рамках Парижского соглашения по климату.

Амбициозный документ, перечисляющий 38 более или менее конкретных политических, законодательных, налоговых и финансовых мер, представляет собой широкомасштабный план поддержки экологичных водородных технологий в самых разных сферах: не только в электроэнергетике, на автомобильном и железнодорожном транспорте, но и в черной металлургии, нефтехимии, авиации.

Новые рынки сбыта для оборудования Made in Germany

К тому же он призван обеспечить высокий спрос и новые рынки сбыта немецкому машиностроению — ключевой для экономики ФРГ высокотехнологичной отрасли, специализирующейся, в частности, на производстве и экспорте промышленного оборудования. «Германия намерена позиционироваться как ведущий поставщик «зеленых» водородных технологий на мировой рынок», — подчеркивается в документе.

Оборудование по выпуску «зеленого» h3 в Майнце поставила немецкая фирма Linde

Представленный в нем временной график движения к цели предполагает в ходе первой фазы, до 2023 года, усиленное стимулирование выпуска и внедрения оборудования для производства и использования «зеленого» водорода в самой Германии. Иначе говоря, раскрутку отечественного рынка.

Задачей второй фазы в 2024 — 2030 годах является всемерное укрепление тренда внутри страны при одновременной интернационализации процесса перехода на водород. Иными словами, речь идет уже о раскрутке европейского и мирового рынка. Тут подразумевается как продвижение апробированных на родине технологий Made in Germany, так и увеличение импорта водорода в Германию, поскольку сама она удовлетворить свой быстро растущий спрос на h3 в любом случае не сможет. Эта фаза имеет уже непосредственное отношение к России, но об этом чуть позже.

Электролиз — ключевое понятиев немецкой водородной стратегии

Для частичного обеспечения Германии «зеленым» водородом намечено до 2030 года ввести в строй оборудование по его производству суммарной мощностью до 5 ГВт, «включая необходимые для этого генерирующие электроэнергию установки в море и на суше», — сказано в национальной стратегии. На период до 2035 года, «самое позднее» до 2040 года, к ним должны прибавиться еще 5 ГВт.

Один из морских ветропарков у североморского побережья Германии

Тут требуются некоторые пояснения. ГВт — это гигаватт, единица измерения мощности. Чтобы понять, много или мало 5 ГВт: один реактор в современной атомной электростанции часто обладает мощностью в 1 ГВт. Но это только для сравнения, поскольку ни о каких АЭС речь в данном случае, естественно, не идет.

Суть программы как раз в том, чтобы производить «зеленый» водород с помощью «зеленых», возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Прежде всего — ветра, который в 1-м квартале 2020 года уже стал главным энергоносителем в Германии. Поэтому ставка делается на строительство крупных ветропарков, особенно морских. Тем более, что полным ходом идет разработка уже и плавучих ветрогенераторов.

Генерируемая с помощью ВИЭ «зеленая» электроэнергия пойдет на получение «зеленого» h3 путем разделения обычной воды на водород и кислород. Это знакомый всем со школьной скамьи метод электролиза. Термин электролиз — одно из ключевых понятий в немецкой водородной стратегии. Так, намеченные 5 ГВт до 2030 года — это потребляемые мощности промышленных электролизеров. 

От термина Power to Gas к собирательному понятию Power to X

Над их созданием в Германии интенсивно работают с конца нулевых годов этого века, DW рассказывает о развитии этой технологии с 2013 года. Первоначально ее назвали Power to Gas (PtG), описывая тем самым превращение электроэнергии (Power) в газ (Gas), подразумевая под этим как водород, так и дальнейшее получение с его помощью синтетического метана — искусственного аналога природного газа.

В 2013 году концерн E.on стартовал пилотный проект Power to Gas в городке Фалькенхагене

Впрочем, довольно быстро пришло понимание, что этот второй, дополнительный шаг, экономически и экологически не такой уж перспективный и работать следует в первую очередь с водородом, причем не только в газообразном, но и в сжиженном виде. Так появились технологии Power to Liquids (PtL) по использованию электроэнергии для получения h3 и превращения его в жидкое топливо (Liquids).

Наконец, «зеленый» водород можно использовать для получения различных необходимых промышленности химических веществ. Для таких процессов придумали термин Power to Chemicals. В результате родилось и все чаще встречается собирательное понятие Power to X (PtX), обозначающее всевозможные способы применения водорода, полученного путем электролиза. В «Национальной водородной стратегии» оно неоднократно используется.

Авиационное топливо из водорода будут выпускать по немецкой технологии  

Десятки экспериментальных и опытно-промышленных PtX-установок работали в Германии в последние годы над тем, чтобы довести коэффициент полезного действия (КПД) электролиза до таких величин, чтобы можно было начать прибыльное производство водорода в индустриальных масштабах. Целый ряд технологий, похоже, уже вышли на этот уровень или вот-вот его достигнут.

Опытно-промышленная PtL-установка компании Sunfire в Дрездене выпускает синтетическое горючее

Самый свежий пример: 9 июня международный консорциум Norsk E-Fuel с участием немецкого разработчика PtL-технологий Sunfire объявил о начале строительства в богатой «зеленой» электроэнергией Норвегии первого в мире предприятия по коммерческому производству авиационного топлива на основе водорода. Оно стартует в 2023 году с выпуска 10 миллионов литров, после ввода второй очереди общий объем должен составить с 2026 года 100 миллионов литров в год.

Примешивая такое количество «зеленого» топлива к традиционному керосину, можно будет на 50% сократить выбросы в атмосферу CO2 на пяти важнейших внутренних авиамаршрутах в Норвегии, заявляет консорциум. К подобным результатам стремятся и в Германии. Один из пунктов «Национальной водородной стратегии» предполагает, что к 2030 авиационный керосин как минимум на 2% будет состоять из жидкого водорода.

Водородные автомобили, поезда и суда получат поддержку

Другой пункт предусматривает меры по расширению сети заправочных станций для водородных автомобилей. При этом в Германии, в отличие от азиатских стран, исходят из того, что на h3 скорее будут ездить не легковые машины, а тяжелые грузовики и автобусы. Именно их продажи и будут целенаправленно субсидироваться.

«Добро пожаловать в будущее!». Водородная заправка концерна OMV в Штутгарте

Поддержку получат также пассажирские поезда на водороде. С 2018 года такие пригородные электрички эксплуатируются на севере Германии вблизи Бремена в земле Нижняя Саксония, в 2022 году вторым крупным центром использования водородного железнодорожного транспорта станут Франкфурт-на-Майне и земля Гессен. Три десятка поездов уже заказаны французской компании Alstom.

Поощряться будет и перевод судов на водородное топливо. Весьма показательно, что водородную стратегию правительства ФРГ всячески приветствовал Союз немецких судовладельцев (VDR), подчеркнув, что h3 может стать в отрасли, тоже вынужденной и стремящейся снижать вредные выбросы в атмосферу, более экологичным горючим будущего наряду с уже апробированным сжиженным природным газом (СПГ).  

Готова ли Россия вместо нефти и газа экспортировать «зеленый» H2?

Сразу несколько пунктов стратегии касаются замены традиционного водорода, получаемого из ископаемых углеводородов, например, природного газа, на «зеленый» h3 в индустриальных процессах на сталелитейных или, скажем, нефтеперерабатывающих заводах.

А для доставки потребителям полученного путем электролиза водорода планируется постепенно перепрофилировать имеющуюся в Германии разветвленную газотранспортную систему. О готовившемся параллельно с правительственной стратегией плане перевода части немецких газопроводов на водород к 2030 году DW недавно подробно писала.

Трубопроводы для транспортировки российского газа могут со временем переключить на водород

И тут неминуемо встает вопрос: что «Национальная водородная стратегия» ФРГ означает для крупнейшего поставщика нефти, газа и угля на немецкий рынок — России? Конечно же, в первую очередь означает риски, потому что спрос на продукцию «Роснефти», «Газпрома» и других российских топливно-энергетических компаний неминуемо будет снижаться, причем после 2030 года этот процесс может резко ускориться.

В то же время в Берлине осознают геополитические последствия бума h3 и вовсе не стремятся свести на нет энергетическое сотрудничество, в частности, с Россией. «Федеральное правительство интенсифицирует диалог с нынешними экспортерами ископаемых энергоносителей с целью их вовлечения в поэтапный глобальный энергетический поворот с использованием водорода», — говорится в 38-ом, заключительном пункте стратегии.

Иными словами, в Германии надеются, что Россия тоже подключится к широкому внедрению технологий по производству «зеленого» водорода и в перспективе станет его крупным поставщиком. Правда, пока в Берлине, скорее, рассчитывают на пилотные проекты в Северной Африке.

Смотрите также:

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электростанция из аккумуляторов

  Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Большие батареи на маленьком острове

  Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Главное — хорошие насосы

  Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Место хранения — норвежские фьорды

  Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электроэнергия превращается в газ

  Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Водород в сжиженном виде

  Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  В чем тут соль?

  Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Каверна в роли подземной батарейки

  На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Крупнейший «кипятильник» Европы

  Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Накопители энергии на четырех колесах

  Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

  Автор: Андрей Гурков

Расщепление воды с эффективностью 100%: полдела сделано / Хабр

Если найти дешёвый и простой способ электролиза/фотолиза воды, то мы получим невероятно богатый и чистый источник энергии — водородное топливо. Сгорая в кислороде, водород не образует никаких побочных выделений, кроме воды. Теоретически, электролиз — очень простой процесс: достаточно пропустить электрический ток через воду, и она разделяется на водород и кислород. Но сейчас все разработанные техпроцессы требуют такого большого количества энергии, что электролиз становится невыгодным.

Теперь учёные решили часть головоломки. Исследователи из Технион-Израильского технологического института разработали метод проведения второго из двух шагов окислительно-восстановительной реакции — восстановления — в видимом (солнечном) свете с энергетической эффективностью 100%, значительно превзойдя предыдущий рекорд 58,5%.

Осталось усовершенствовать полуреакцию окисления.

Столь высокой эффективности удалось добиться благодаря тому, что в процессе используется только энергия света. Катализаторами (фотокатализаторами) выступают наностержни длиной 50 нм. Они абсорбируют фотоны от источника освещения — и выдают электроны.

В полуреакции окисления производятся четыре отдельных атома водорода и молекула О₂ (которая не нужна). В полуреакции восстановления четыре атома водорода спариваются в две молекулы H₂, производя полезную форму водорода — газ H₂,

Эффективность 100% означает, что все фотоны, поступившие в систему, участвуют в генерации электронов.

На такой эффективности каждый наностержень генерирует около 100 молекул H₂ в секунду.

Сейчас учёные работают над оптимизацией техпроцесса, который пока что требует щелочной среды с невероятно высоким pH. Такой уровень никак не приемлем для реальных условий эксплуатации.

К тому же, наностержни подвержены коррозии, что тоже не слишком хорошо.

Тем не менее, сегодня человечество стало на шажок ближе к получению неиссякаемого источника чистой энергии в виде водородного топлива.

Научная работа опубликована в журнале Nano Letters (зеркало).

Создать чистый водород сложно, но исследователи только что решили серьезное препятствие — ScienceDaily

На протяжении десятилетий исследователи по всему миру искали способы использования солнечной энергии для генерации ключевой реакции для производства водорода в качестве источника чистой энергии — расщепления молекулы воды с образованием водорода и кислорода. Однако такие усилия в большинстве случаев не увенчались успехом, потому что делать это было слишком дорого, а попытки сделать это с низкими затратами приводили к низкой производительности.

Теперь исследователи из Техасского университета в Остине нашли недорогой способ решить половину уравнения, используя солнечный свет для эффективного отделения молекул кислорода от воды.Открытие, опубликованное недавно в Nature Communications , представляет собой шаг вперед к более широкому внедрению водорода в качестве ключевой части нашей энергетической инфраструктуры.

Еще в 1970-х годах исследователи изучали возможность использования солнечной энергии для производства водорода. Но невозможность найти материалы с комбинацией свойств, необходимых для устройства, которое может эффективно выполнять ключевые химические реакции, не позволила ему стать основным методом.

«Вам нужны материалы, которые хорошо поглощают солнечный свет и в то же время не разлагаются, пока происходят реакции расщепления воды», — сказал Эдвард Ю, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники школы Кокрелла. «Оказывается, материалы, которые хорошо поглощают солнечный свет, имеют тенденцию быть нестабильными в условиях, необходимых для реакции расщепления воды, в то время как стабильные материалы, как правило, плохо поглощают солнечный свет. Эти противоречивые требования подталкивают вас к, казалось бы, неизбежному компромиссу , но объединив несколько материалов — один, который эффективно поглощает солнечный свет, такой как кремний, и другой, который обеспечивает хорошую стабильность, например диоксид кремния, — в одном устройстве, этот конфликт может быть разрешен.«

Однако это создает другую проблему — электроны и дырки, созданные поглощением солнечного света в кремнии, должны иметь возможность легко перемещаться через слой диоксида кремния. Обычно для этого требуется, чтобы слой диоксида кремния был не более нескольких нанометров, что снижает его эффективность в защите кремниевого поглотителя от разрушения.

Ключом к этому прорыву стал метод создания электропроводящих путей через толстый слой диоксида кремния, который можно выполнять с низкими затратами и масштабировать для больших объемов производства. Чтобы добиться этого, Ю и его команда использовали технологию, впервые примененную при производстве полупроводниковых электронных чипов. Покрывая слой диоксида кремния тонкой пленкой алюминия и затем нагревая всю структуру, образуются массивы наноразмерных «шипов» алюминия, которые полностью перекрывают слой диоксида кремния. Затем их можно легко заменить никелем или другими материалами, которые помогают катализировать реакции расщепления воды.

При освещении солнечным светом устройства могут эффективно окислять воду с образованием молекул кислорода, а также генерировать водород на отдельном электроде и демонстрировать выдающуюся стабильность при длительной эксплуатации.Поскольку методы, используемые для создания этих устройств, обычно используются в производстве полупроводниковой электроники, они должны легко масштабироваться для массового производства.

Команда подала предварительную заявку на патент на коммерциализацию технологии.

Улучшение способа производства водорода является ключом к его превращению в жизнеспособный источник топлива. Большая часть производства водорода сегодня происходит за счет нагревающего пара и метана, но это в значительной степени зависит от ископаемого топлива и приводит к выбросам углерода.

Существует тенденция к «зеленому водороду», при котором используются более экологически безопасные методы производства водорода. И упрощение реакции расщепления воды — ключевая часть этих усилий.

Водород может стать важным возобновляемым ресурсом с некоторыми уникальными качествами. Он уже играет важную роль в важных производственных процессах и начинает проявляться в автомобильной промышленности. Батареи на топливных элементах выглядят многообещающе для грузовых перевозок на дальние расстояния, а водородные технологии могут стать благом для хранения энергии, поскольку они могут накапливать излишки энергии ветра и солнца, производимые, когда для них созревают условия.

В дальнейшем команда будет работать над повышением эффективности кислородной части расщепления воды за счет увеличения скорости реакции. Следующая серьезная задача исследователей — перейти к другой половине уравнения.

«Сначала мы смогли обратиться к кислородной стороне реакции, которая является более сложной частью, — сказал Ю, — но вам нужно выполнить реакции выделения водорода и кислорода, чтобы полностью расщепить молекулы воды, поэтому наши Следующим шагом будет рассмотрение применения этих идей для создания устройств для водородной части реакции.«

Это исследование финансировалось Национальным научным фондом США через Директорат инженерии и программу центров материаловедения и инженерии (MRSEC). Ю работал над проектом со студентами UT Austin Сунил Ли и Алекс Де Пальма, а также Ли Джи, профессором Университета Фудань в Китае.

Новый способ сделать водородную энергию из воды намного дешевле

Ученые показывают, как использование только воды, железа, никеля и электричества позволяет производить водородную энергию гораздо дешевле, чем раньше.

Автомобили с водородным двигателем вскоре могут стать больше, чем просто новинкой после того, как группа ученых под руководством UNSW продемонстрировала гораздо более дешевый и устойчивый способ создания водорода, необходимого для их работы.

В исследовании, опубликованном недавно в Nature Communications, ученые из Университета штата Южный Уэльс в Сиднее, Университета Гриффита и Технологического университета Суинберна показали, что улавливание водорода путем отделения его от кислорода в воде может быть достигнуто за счет использования в качестве катализаторов дешевых металлов, таких как железо и никель, которые ускоряют эта химическая реакция требует меньше энергии.

Железо и никель, которые в изобилии встречаются на Земле, заменят драгоценные металлы рутений, платину и иридий, которые до сих пор считаются эталонными катализаторами в процессе «расщепления воды».

Профессор школы химии UNSW Чуан Чжао говорит, что при расщеплении воды два электрода прикладывают к воде электрический заряд, который позволяет отделять водород от кислорода и использовать его в качестве энергии в топливном элементе.

«Мы покрываем электроды нашим катализатором, чтобы снизить потребление энергии», — говорит он.«На этом катализаторе есть крошечный наноразмерный интерфейс, где железо и никель встречаются на атомном уровне, который становится активным центром для расщепления воды. Именно здесь водород может быть отделен от кислорода и уловлен в качестве топлива, а кислород может быть выпущен как экологически безопасные отходы ».

В 2015 году команда профессора Чжао изобрела никель-железный электрод для выработки кислорода с рекордно высокой эффективностью. Однако профессор Чжао говорит, что железо и никель сами по себе не являются хорошими катализаторами для производства водорода, но там, где они соединяются в наномасштабе, «происходит волшебство».

«Наноразмерный интерфейс в корне меняет свойства этих материалов», — говорит он. «Наши результаты показывают, что никель-железный катализатор может быть таким же активным, как и платиновый, для производства водорода.

«Дополнительным преимуществом является то, что наш никель-железный электрод может катализировать образование как водорода, так и кислорода, поэтому мы не только можем сократить производственные затраты за счет использования элементов, богатых землей, но также и затраты на производство одного катализатора вместо двух».

Беглый взгляд на сегодняшние цены на металлы показывает, почему это могло бы изменить правила игры, необходимые для ускорения перехода к так называемой водородной экономике.Цена на железо и никель составляет 0,13 и 19,65 доллара за килограмм. Напротив, рутений, платина и иридий оцениваются в 11,77, 42,13 и 69,58 долларов за грамм — другими словами, в тысячи раз дороже.

«В настоящий момент, когда мы экономим на ископаемом топливе, у нас есть огромный стимул для перехода к водородной экономике, чтобы мы могли использовать водород в качестве экологически чистого энергоносителя, которого много на Земле», — говорит профессор Чжао.

«Мы говорили о водородной экономике целую вечность, но на этот раз похоже, что она действительно приближается.”

Профессор Чжао говорит, что если технология разделения воды получит дальнейшее развитие, в один прекрасный день могут появиться станции заправки водородом, похожие на сегодняшние заправочные станции, где вы могли бы пойти и заправить свой автомобиль на водородных топливных элементах газообразным водородом, полученным в результате этого разделения воды. реакция. Заправку можно было осуществить за считанные минуты по сравнению с часами в случае электромобилей с питанием от литиевых батарей.

«Мы надеемся, что наши исследования могут быть использованы такими станциями для производства собственного водорода с использованием устойчивых источников, таких как вода, солнечная энергия и эти недорогие, но эффективные катализаторы.”

Ссылка: «Общее электрохимическое расщепление воды на гетерогенной границе раздела никеля и оксида железа» Брайан Х. Р. Сурьянто, Юн Ван, Розали К. Хокинг, Уильям Адамсон и Чуан Чжао, 6 декабря 2019 г., Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-019-13415-8

Авторы исследовательской работы: Брайан Сурьянто (UNSW), Юн Ван (Griffith), Розали Хокинг (Swinburne), Уильям Адамсон (UNSW) и Чуан Чжао (UNSW).

Водород из воды — 3 метода производства

Получение водорода из воды — одно из самых горячих и быстро развивающихся направлений в мире возобновляемых источников энергии.

Тем не менее, основные методы производства водорода остались прежними по своей сути, и теперь все новшества основываются на тех же старых принципах.

1. Электролиз

Электролиз — это техническое название использования электричества для разделения воды на составляющие элементы, водород и кислород. Расщепление воды осуществляется путем пропускания электрического тока через воду. Электричество поступает в воду через катод, отрицательно заряженный вывод, проходит через воду и проходит через анод, положительно заряженный вывод.Водород собирается на катоде, а кислород собирается на аноде. Электролиз производит очень чистый водород из воды для использования в электронной, фармацевтической и пищевой промышленности.

По сравнению с паровым риформингом, электролиз очень дорог. Электрические затраты, необходимые для разделения воды на водород и кислород, составляют около 80% затрат на производство водорода. Потенциально электролиз в сочетании с возобновляемым источником энергии может обеспечить полностью чистый и возобновляемый источник энергии. В других случаях электролиз может сочетаться с гидроэлектростанцией или электричеством в непиковое время, чтобы снизить стоимость электролиза.

2. Фотоэлектролиз

Фотоэлектролиз, известный в некоторых кругах как святой Грааль водорода, представляет собой прямое преобразование солнечного света в электричество. Фотоэлектрические элементы, полупроводники и электролизер объединены, чтобы создать устройство, генерирующее водорода из воды . Фотоэлектролизер помещается в воду и при воздействии солнечного света начинает выделять водород.Фотоэлектрические элементы и полупроводники объединяются для выработки электричества из солнечного света, достаточного для питания электролизера. Затем водород собирается и хранится. Большая часть исследований в этой области проводится в Голдене, штат Колорадо, в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

3. Фотобиологический

Фотобиологическое производство водорода включает использование солнечного света, биологического компонента, катализаторов и инженерной системы. Определенные организмы, водоросли и бактерии, производят водород в качестве побочного продукта своих метаболических процессов.Эти организмы обычно живут в водной среде и поэтому извлекают водород из воды , используя свои биологические функции.

В настоящее время эта технология все еще находится на стадии исследований и разработок, и теоретическая эффективность преобразования солнечного света оценивается в 24%. Было идентифицировано более 400 штаммов примитивных растений, способных производить водород, из которых 25 впечатляюще достигли 100% эффективности преобразования монооксида углерода в водород.

В одном примере исследователи обнаружили, что водоросль Chlamydomonas reinhardtii обладает ферментом, называемым гидрогеназой, который способен расщеплять воду на составляющие ее части — водород и кислород. Исследователи определили механизм запуска и остановки этого процесса, который может привести к практически безграничному методу производства чистого возобновляемого водорода.

Водорослям нужна сера для роста и фотосинтеза. Ученые обнаружили, что, когда они лишили водорослей серы в бескислородной среде, водоросли вернулись в режим использования гидрогеназы.Этот механизм производства водорода из воды был разработан на протяжении миллионов лет эволюции для выживания в богатой кислородом и бескислородной среде. Оказавшись в этом цикле, водоросли выделяют водород, а не кислород. Дальнейшие исследования необходимы для повышения эффективности инженерных систем завода, методов сбора и затрат на производство водорода.

(Посещений 24017 раз, сегодня 1 посещений)

Норвежская команда обнаружила более дешевый способ производства водородного топлива

Опубликовано 23 августа 2019 г., 13:58 автор: Новости Близнецов

[Георг Матисен]

Норвежские ученые разработали материал, который может производить водород из водяного пара, а не из жидкой воды. Это окупается, потому что тепло дешевле электричества.

Результаты исследования были недавно опубликованы в Nature Materials в статье под названием «Смешанные протоно- и электронопроводящие двойные перовскитные аноды для стабильных и эффективных трубчатых протонно-керамических электролизеров».

Водород может взять верх, когда батареи больше не могут выполнять свою работу. Когда важно хранить большое количество энергии, например, больше, чем нужно для того, чтобы водить машину в течение нескольких часов, становится дешевле и эффективнее хранить ее в виде водорода.

Проще говоря, вы используете энергию для расщепления воды на водород и кислород. Когда вам нужно произвести энергию, вы обращаете весь процесс вспять, повторно вводя водород и производя энергию и воду.

«Наиболее часто применяемый метод для этого остается таким же, как и метод, применявшийся на водородном заводе« Ваннстоффен »на электростанции Веморк в Телемарке столетие назад», — объясняют Эйнар Велестад и Рагнар Страндбакке. Веллестад — научный сотрудник SINTEF. Индустрия и Страндбакке, аспирант Центра материаловедения и нанотехнологий Университета Осло.

Низкотемпературный электролиз

Речь идет о низкотемпературном электролизе. Метод стал лучше, дешевле и эффективнее, но по-прежнему требует много энергии.

«В течение многих лет практически ничего не происходило, потому что было очень дешево производить водород из природного газа и потому что изменение климата не было проблемой, которую нужно было принимать во внимание», — говорит Веллестад. «Теперь, когда мы уделяем больше внимания возобновляемым источникам энергии. , фокус усилился.«

Возобновляемая энергия означает большее колебание цен. Объемы доступной солнечной, ветровой и волновой энергии меняются в течение года. По этой причине более важно хранить энергию, вырабатываемую в дни пикового производства, и использовать ее, когда спрос превышает производство.

Vøllestad и Strandbakke в настоящее время работают над проектом ЕС, включающим исследовательские эксперименты при совершенно разных температурах. Они используют пар вместо жидкой воды для производства водорода.

«Тепло способствует реакции, и при более высоких температурах каталитическая активность намного выше, — говорят исследователи. Это означает, что для протекания реакции требуется меньше электроэнергии, что делает производимый водород более конкурентоспособным на рынке». Тепло намного дешевле электричества », — говорит Веллестад.

Избегайте благородных металлов

«Работа при более высоких температурах дает дополнительное преимущество», — говорит Веллестад.«Необязательно использовать благородные металлы».

Дело в том, что следующее поколение низкотемпературных электролизеров (аппаратов, в которых происходит электролиз) требует платины и других дорогих благородных металлов, чтобы сделать водное деление эффективным. «При более высоких температурах и большей каталитической активности нам больше не нужны эти дорогие материалы для завершения реакции», — говорит он.

«Изготовить такую ​​трубу, наверное, не дешевле, чем произвести батарею.Но вам понадобится всего одна труба, чтобы произвести такое же количество энергии, которое потребовало бы нескольких батарей. По сравнению с батареями, наш процесс потребляет гораздо меньшие объемы сырья по сравнению с количеством хранимой энергии », — говорит исследователь SINTEF Эйнар Веллестад.

Проблема состояла в том, чтобы найти материалы, которые могут удовлетворить строгие требования, возникающие при температуре пара до 600 градусов. Здесь на сцену выходят материаловеды Веллестад и Страндбакке.Они начали со списка из 120 материалов, которые, по их мнению, могли бы подходить для различных аспектов процесса.

«Лучшие материалы для этой реакции, то есть те, которые мы считали лучшими, не выдерживают воздействия пара при таких температурах», — говорит Веллестад. «Мы использовали материал, который, как мы знали, был эффективным, но заметили, что он не выдерживает давления пара. Поэтому мы, наконец, решили выбрать этот материал и немного подправить химию », — говорит он.

Увеличить масштаб

Теперь у них есть первый электролизер, который эффективно работает с использованием пара под давлением и который может быть расширен для использования в промышленных процессах. Однако недостаточно просто продемонстрировать это в небольшой лаборатории. Если исследования будут применяться на практике, должна быть возможность запускать процесс в более крупных масштабах.

«Мы изготовили трубы, которые будут использоваться, что делает систему полностью масштабируемой», — говорит Веллестад.

Последним преимуществом является то, что использование этого типа технологии и конструкции означает, что производимый водород полностью сухой. Все другие электролитические процессы производят водород, загрязненный водой или другими молекулами. Они должны быть отделены перед тем, как водород можно будет хранить под давлением. Это не очень сложный процесс, но дополнительная работа означает, что единицы установки должны быть больше.

Материал, который они используют, состоит из бария, лантана, гадолиния, кобальта и кислорода, и исследователи назвали его BGLC.

«Что мы сделали, так это заменили часть бария в исходном материале на большее количество лантана с простой целью сделать его более простым», — говорит Веллестад.

Дешевле аккумуляторов…

Звучит дорого, но на самом деле с экономической точки зрения все в порядке.

«Изготовить такую ​​трубу, наверное, не дешевле, чем произвести батарею. Но вам понадобится всего одна труба, чтобы произвести такое же количество энергии, которое потребовало бы нескольких батарей », — объясняет Веллестад.

Если мы рассмотрим трубу и батарею, запасающие одинаковое количество электроэнергии в течение одного часа, батарея будет дешевле. Но если вы хотите хранить такое же количество электроэнергии в течение 24 часов, вам понадобятся 24 батареи. Выбирая водород, вам по-прежнему требуется только одна труба. Вы просто продолжаете наполнять резервуар для хранения или, при необходимости, приобретаете резервуар большего размера.

«По сравнению с батареями, наш процесс потребляет гораздо меньшие объемы сырья по сравнению с количеством энергии, которое хранится», — говорит Веллестад.

Он считает водород хорошим вариантом, особенно в транспортном и промышленном секторах. В транспортном секторе водород подходит для перевозки на большие расстояния тяжелыми перевозчиками, такими как поезда, корабли и тягачи. В промышленном секторе Vøllestad выделяет производство стали, где в производственном процессе требуется большое количество тепла. Это тепло, которое можно использовать для нагрева воды для электролиза.

… в долгосрочной перспективе

Следующий шаг — перевести производственный процесс на коммерческую основу.Компания CoorsTek Membrane Sciences, которая участвует в проекте в качестве отраслевого партнера, прекрасно понимает, что это не произойдет в одночасье.

«Сроки разработки почти всех связанных с энергией технологий велики, — говорит Пер Вестре, управляющий директор CoorsTek в Норвегии. — Между изобретением литий-ионной батареи и ее нынешним применением в миллионах автомобилей прошло много лет. . «

«Наша разработка керамических мембран для электрохимических процессов — долгосрочный проект.Нет сомнений в том, что рынок существует и что паровой электролиз интересен, если нам удастся разработать технологию по разумной цене », — говорит Вестре.

Исследование следующей задачи

«Есть еще много шагов, которые необходимо оптимизировать и развивать», — вставляет Воллестад. «Метод производства должен быть обновлен, и мы должны продемонстрировать стабильность с течением времени. На сегодняшний день мы провели измерения на одной трубе для более чем 700 часов, но в промышленных масштабах вы должны построить систему, состоящую из сотни, тысячи или, возможно, десяти тысяч труб.«

Работа идет полным ходом. Исследование, в результате которого был получен материал BGLC, теперь опубликовано в июньском выпуске журнала Nature Materials. Публикация в таком престижном журнале требует времени, и с тех пор, как статья была подана, работа значительно продвинулась вперед.

«Мы уже восемнадцать месяцев в новом проекте ЕС, в котором мы работаем, чтобы решить следующий ряд проблем», — говорят Веллестад и Страндбакке.

Эта статья любезно предоставлена ​​Gemini Research News и может быть найдена в исходной форме здесь.

Мнения, выраженные в данном документе, принадлежат автору и не обязательно принадлежат The Maritime Executive.

Новый метод более эффективного извлечения водорода из воды для получения возобновляемой энергии

Кристаллическая структура и многогранники {MoTe} 6, показывающие строительные блоки каждого полиморфа. моноклинная фаза 1T’-MoTe2 и b гексагональная фаза 2H-MoTe2. Кредит: Nature Communications 10.1038 / s41467-019-12831-0

Ученые считают, что новый метод более эффективного извлечения водорода из воды может помочь в освоении возобновляемых источников энергии в виде устойчивого топлива.

В новой статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Communications , исследователи из университетов Великобритании, Португалии, Германии и Венгрии описывают, как импульсный электрический ток через слоистый катализатор позволил им почти вдвое увеличить количество водорода, производимого за один милливольт электроэнергии, используемой в процессе.

Электролиз, процесс, который, вероятно, знаком любому, кто изучал химию в средней школе, использует электрический ток, чтобы расщепить связи между атомами водорода и кислорода в воде, высвобождая водород и газообразный кислород. Если электрический ток для процесса электролиза генерируется с помощью возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра или солнца, весь процесс не выделяет дополнительного углерода в атмосферу, не влияя на изменение климата. Затем газообразный водород можно использовать в качестве источника топлива с нулевым уровнем выбросов в некоторых видах транспорта, таких как автобусы и автомобили, или для отопления домов.

Исследование команды было сосредоточено на поиске более эффективного способа производства водорода посредством реакции электрокаталитического расщепления воды. Они обнаружили, что электроды, покрытые катализатором из теллурида молибедена, показали увеличение количества газообразного водорода, образующегося во время электролиза, когда применялась определенная схема сильноточных импульсов. Оптимизируя импульсы тока через кислотный электролит, они могут снизить количество энергии, необходимое для производства заданного количества водорода, почти на 50%.

Д-р Алексей Ганин из Химической школы Университета Глазго руководил исследовательской группой. Д-р Ганин сказал: «В настоящее время Великобритания удовлетворяет около трети своих потребностей в производстве энергии за счет возобновляемых источников, а в Шотландии этот показатель составляет около 80%.

«Эксперты предсказывают, что мы скоро достигнем точки, когда мы будем производить больше возобновляемой электроэнергии, чем требуется для нашего потребления. Однако, в настоящее время избыток произведенной энергии должен использоваться в том виде, в котором она произведена, иначе она будет потрачена впустую.Жизненно важно, чтобы мы разработали надежный набор методов для хранения энергии для дальнейшего использования.

«Батареи — один из способов сделать это, но водород — очень многообещающая альтернатива. Наши исследования дают новое важное понимание того, как производить водород путем электролиза более эффективно и экономично, и мы стремимся продолжить это многообещающее направление исследований».

Поскольку уровень каталитического усиления контролируется электрическими токами, последние достижения в области машинного обучения могут быть использованы для точной настройки правильной последовательности прикладываемых токов для достижения максимальной мощности. Следующим этапом для команды является разработка протокола искусственного интеллекта, который заменит человеческий фактор в поисках наиболее эффективных электронных структур, используемых в подобных каталитических процессах.

Статья под названием «Быстрая электрохимическая активация MoTe2 для реакции выделения водорода» опубликована в Nature Communications.

---

Новый катализатор затмевает платину при производстве водорода

---

Дополнительная информация: Быстрая электрохимическая активация MoTe2 для реакции выделения водорода, Nature Communications doi.org / 10.1038 / s41467-019-12831-0, www.nature.com/articles/s41467-019-12831-0 Предоставлено Университет Глазго

Ссылка : Новый метод более эффективного извлечения водорода из воды для использования возобновляемых источников энергии (29 октября 2019 г. ) получено 27 декабря 2021 г. с https: // физ.org / news / 2019-10-method-водород-эффективный-захват-возобновляемый.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Заправьте свой автомобиль водородом дома? Только если ты злодей Бонда

Поскольку дети могут вырабатывать водород для научных выставок, используя девятивольтовые батареи, взрослым должно быть легко вырабатывать его для заправки автомобилей на топливных элементах дома, верно? Не так быстро. Для очень богатых людей, склонных к излишне запутанным решениям, это могло иметь смысл, но не для кого-либо еще.

Давайте разберемся с этим.

Можно ли производить водород дома? Да, можно получить водород научным способом путем электролиза воды. Из литра воды можно получить около 111 граммов водорода, если вы сумеете уловить его весь. Вам, вероятно, понадобится одна из этих промышленных электролизных установок, чтобы получить достаточно чистого водорода для вашего автомобиля. Это одно парковочное место в вашем гараже пропало.

Килограмм водорода — это автомобиль на топливных элементах, эквивалентный галлону газа. Mirai вмещает пять килограммов. Для получения достаточного количества водорода потребуется электролиз 45 литров или около 12 галлонов воды, чтобы получить достаточно водорода для заполнения резервуара. Это очень разумно. Для базового электролиза потребуется около 167 кВтч электроэнергии, поэтому он будет стоить около 20 долларов США по цене 12 центов за кВтч (в среднем по США).

Пока все хорошо.

Но проблема с громкостью. Эти пять килограммов водорода в виде газа комнатной температуры будут иметь объем 6 175 литров.Это примерно 6 кубических метров или около 212 кубических футов. Вам понадобится большой резервуар для хранения водорода с гудком, прикрепленный к вашему проекту научной ярмарки. Есть еще одно место для парковки.

Тогда вам нужно будет сесть в машину. Это требует как его сжатия, так и охлаждения. Это целый процесс сам по себе со своим собственным набором механизмов и автоматизированных средств управления.

Для заполнения бака Toyota Mirai для достижения полного диапазона требуется сжатие H70, которое составляет 700 бар или 70 МПа. Бар — это единица измерения давления, которая соответствует давлению воздуха на уровне моря, поэтому вы смотрите на давление в 700 атмосфер, что намного выше, чем у большинства домашних компрессоров.Они имеют тенденцию отводить около 14 атмосфер.

Есть небольшая пара проблем, когда молекулы водорода невероятно крошечные и легко воспламеняются. Первая часть означает, что вы должны производить все это оборудование с невероятно жесткими допусками. В домашних компрессорах нет необходимости, потому что они работают с невероятно густым веществом, которое мы называем воздухом. Второе означает, что вам необходимо, чтобы в систему были встроены резервные устройства отрицательного давления и выхлопы наружу, иначе в вашем гараже будет достаточно много горючего газа.

Toyota Mirai должна точно знать, какое давление и температуру получает водород, чтобы безопасно получать нужное количество водорода. Для этого требуются компьютерные блокировки, иначе у вас были бы проблемы, вплоть до выдувания прокладки при давлении 700 атмосфер и заполнения гаража горючим водородом. У вас получится что-то вроде этого. В вашем гараже есть третье парковочное место.

Насос, охлаждение и компьютерные компоненты всего этого — вот почему водородные заправочные станции H70 стоят минимум 500 000 долларов США.И они не производят водород, они его доставляют.

Так можно ли вырабатывать водород дома для заправки автомобиля?

Конечно. Если у вас есть около миллиона долларов, чтобы потратить на это, гараж на три машины только для установок по переработке водорода, и это достаточно далеко от дома и соседей, чтобы звук насосов, способных создать давление в 700 атмосфер, не вызвал проблем. . Если вы достаточно богаты, чтобы это учитывать, вы, вероятно, можете позволить себе несколько акров земли. Может быть, вы даже не против прогуляться пару минут по территории, чтобы добраться до своего изолированного гаража.

Или вы можете просто получить электромобиль с аккумулятором и потратить пару сотен долларов на установку розетки, к которой он будет подключаться. А поскольку самая большая из доступных аккумуляторных батарей для электромобилей составляет 100 кВт / ч с примерно таким же запасом хода, как у Mirai (и гораздо более высокой производительностью), ее заправка будет стоить всего около 12 долларов.

Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica — или покровителем Patreon.

---

Реклама

---

У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

---

Новая технология разделения воды для получения чистого водорода

На фотографии исследователей (слева направо): доктор Хен Дотан, Авигейл Ландман, профессор Авнер Ротшильд, проф.Гидеон Грейдер. Предоставлено: Чен Галили, пресс-секретарь Техниона.

Производство электролитического водорода влечет за собой производство водорода из воды с использованием электроэнергии, которая в идеале должна поступать из возобновляемых источников энергии, таких как солнечный свет и ветер. Хотя этот метод производства водорода может быть очень многообещающим решением для повышения устойчивости, исследователям придется преодолеть несколько ключевых проблем, чтобы он получил широкое распространение.

В недавнем исследовании, представленном в Nature Energy , группа исследователей из Израильского технологического института Техниона рассмотрела некоторые из этих проблем, представив новую технику расщепления воды, которая может улучшить существующие методы электролитического производства водорода. Их исследования черпают вдохновение из одного из их предыдущих исследований фотоэлектрохимического (PEC) расщепления воды, в котором они пытались объединить солнечную энергию и электролиз воды (фото) для получения водорода из солнечного света и воды.

Одной из самых серьезных проблем, описанных в этой предыдущей работе, был сбор газообразного водорода из миллионов ячеек PEC, распределенных в солнечной области. В своем исследовании исследователи из Техниона попытались разработать метод, который мог бы эффективно решить эту проблему.

«Взяв фотоэлектрические (PV) солнечные электростанции в качестве базового сценария, солнечная ферма состоит из миллионов отдельных фотоэлементов, где ток (и напряжение) собираются от каждого из них в металлическую сеть», — Авнер Ротшильд , один из исследователей, проводивших исследование, сообщил TechXplore. «Это легко сделать с электричеством, но не с газообразным водородом».

В идеальной солнечной установке PEC будущего фотоэлементы будут заменены на элементы PEC, которые могут производить водород в компоненте, известном как катодное отделение, и кислород в отдельной камере, называемой анодным отсеком. Эти два отсека должны быть разделены, по крайней мере, мембраной, чтобы гарантировать, что водород и кислород не смешиваются, поскольку это может вызвать взрыв. Кроме того, газообразный водород необходимо собирать из каждой отдельной ячейки.

Создание этой установки до сих пор оказалось технически сложным и дорогостоящим, так как для этого требовался очень дорогостоящий трубопроводный коллектор. В конечном итоге это сделало нереальной реализацию решений для крупномасштабного производства водорода путем разделения воды PEC.

«Мы искали выход из этой проблемы и пришли к идее разделения кислородного и водородного отсеков в ячейке PEC на две отдельные ячейки, чтобы кислород генерировался в солнечном поле и выбрасывался в атмосферу. в то время как водород генерируется в центральном реакторе на углу поля », — сказал Ротшильд. «Разделение на две ячейки стало возможным благодаря установке еще одного набора из двух электродов, называемых вспомогательными электродами, которые заряжаются и разряжаются одновременно ионами OH ^—, участвующими в реакции расщепления воды, тем самым опосредуя ионный обмен между двумя ячеек (что необходимо для замыкания электрической цепи). «

В своей предыдущей статье, опубликованной в Nature Materials , Ротшильд и его коллеги представили революционный новый подход к архитектуре электролиза воды (электролизеры) и фотоэлектролиза (PEC). Этот многообещающий подход, однако, создал еще одну проблему — регенерацию вспомогательных электродов, когда они насыщаются в конце производственного цикла. Исследователи предположили, что электроды можно менять местами в конце каждого цикла, но это было бы довольно громоздко, поэтому они продолжили поиск альтернативных решений.

«Затем мы обнаружили, что при нагревании вспомогательного электрода в водородной ячейке после того, как он был заряжен (чтобы стать NiOOH), он самопроизвольно выделяет пузырьки газообразного кислорода и восстанавливается до своего исходного состояния (Ni (OH) ₂ )», Сказал Ротшильд. «Это открытие привело к развитию процесса расщепления воды E-TAC, который представлен в настоящей работе».

E-TAC, новый метод разделения воды, предложенный Ротшильдом и его коллегами, имеет высокую энергоэффективность 98. 7 процентов, следовательно, он значительно превосходит обычные электролизеры, которые обычно имеют энергоэффективность от ~ 70 до 80 процентов для современных устройств. Еще одним преимуществом E-TAC является то, что он производит водород и кислород последовательно, тогда как в большинстве других электролизеров они производятся одновременно. Это в конечном итоге устраняет необходимость в мембране, разделяющей газы водорода и кислорода, что значительно упрощает конструкцию и сборку ячеек, а также их эксплуатацию и техническое обслуживание.

«Потенциально это может привести к значительной экономии капитальных и эксплуатационных затрат, что приведет к разработке рентабельной технологии разделения воды, которая может конкурировать с SMR (паровой риформинг метана), предлагая дешевый водород без выбросов CO ₂ , при условии, что электричество поступает из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, солнечная или ветровая энергия », — сказал Ротшильд.

При обычном электролизе воды водород и кислород всегда одновременно производятся в катодном и анодном отсеках соответственно. Отделения расположены как можно ближе друг к другу, чтобы минимизировать электрические омические потери, и они разделены мембраной, чтобы избежать образования взрывоопасной смеси H ₂ / O ₂ .

«Катод восстанавливает воду, генерируя водород (H ₂ молекул) и гидроксид-ионы (OH ^— ) посредством реакции, известной как HER (реакция выделения водорода)», — сказал Ротшильд. «Ионы OH ^— мигрируют к аноду через электролит и мембрану, где они окисляются посредством OER (реакция выделения кислорода).Вместе эти две реакции (HER и OER) завершают реакцию расщепления воды: 2H ₂ O 2H ₂ + O ₂ . «

.

В обычном электролизе воды две электрохимические реакции, описанные Ротшильдом, связаны как во времени, так и в пространстве, поскольку они происходят одновременно, в одной и той же ячейке и в непосредственной близости. Более того, эти характеристики одинаковы независимо от того, применяется ли процесс для щелочных электролизеров или электролизеров на основе ПЭМ.

Изображение, показывающее разницу между традиционным подходом к расщеплению воды (щелочной электролиз) и техникой расщепления воды E-TAC, предложенной исследователями.Предоставлено: Дотан и др.

В отличие от этого традиционного подхода к электролизу воды, процесс разделения воды, разработанный исследователями, разделяет реакции HER и OER, которые вместо этого происходят в разное время и потенциально в разных частях устройства. Поэтому E-TAC может быть описан не как непрерывный процесс, а как «периодический процесс» с двумя циклами, первый из которых генерирует водород электрохимически, а второй кислород — посредством спонтанной химической реакции.

«Мы помещаем катод (тот же катод, который используется в щелочном электролизе) и анод (который отличается от анода при обычном электролизе) в электролитической ячейке и пропускаем ток между ними», — сказал Ротшильд.«Катод генерирует водород посредством реакции HER, точно так же, как это происходит в случае обычного электролиза воды, но анод делает совершенно другое. Анод по существу заряжается, поглощая ионы OH ^—, которые генерируются на катоде, и постепенно превратиться из Ni (OH) ₂ (гидроксид никеля) в NiOOH (оксигидроксид никеля) ».

Интересно, что реакция, производимая на аноде, аналогична реакции, происходящей на катоде щелочных батарей (например,г. Ni-MH аккумуляторы) во время зарядки. Это говорит о том, что он может хорошо работать в течение многих циклов, как и в щелочных батареях.

Однако иногда заряд анода в процессе E-TAC необходимо прервать, потому что, если он перезарядится, он может начать генерировать кислород. Следовательно, когда заряд превышает определенный уровень, исследователям необходимо ограничить напряжение, прикладываемое к ячейкам, чтобы избежать возможных взрывов, возникающих в результате совместного производства кислорода и водорода.

«Чтобы продолжить процесс E-TAC, нам необходимо регенерировать заряженный анод (NiOOH) обратно в его исходное состояние (Ni (OH) ₂ )», — пояснил Ротшильд. «Мы делаем это, повышая его температуру, тем самым ускоряя скорость самопроизвольной химической реакции между заряженным анодом и водой, которая выделяет кислород и восстанавливает анод обратно в исходное состояние».

Таким образом, метод, разработанный Ротшильдом и его коллегами, предполагает использование тепла для управления химической реакцией, в результате которой образуется кислород, поскольку скорость реакции замедляется при низких температурах и ускоряется при высоких температурах.Генерация водорода происходит при низкой температуре или температуре окружающей среды, а образование кислорода — при высоких температурах около 95 градусов Цельсия. Вот почему исследователи решили назвать это процессом E-TAC, что означает электрохимически-термически активируемый химический процесс.

«В ходе лабораторных испытаний, представленных в нашей статье, мы вручную переместили анод из холодной ячейки (то есть стеклянного стакана, наполненного щелочным водным раствором при температуре окружающей среды) в горячую ячейку (т. е.е. стакан того же типа, но нагретый до 95 градусов Цельсия), поэтому разделение между производством водорода и кислорода происходило не только по времени, но и по месту », — пояснил Ротшильд.« Однако в реальной промышленной системе мы предвидим другой сценарий, в котором два электрода (анод и катод) и неподвижны (неподвижны), тогда как ячейка, в которой они находятся, последовательно заполняется холодными или горячими растворами электролита ».

Разделение производства водорода и кислорода, которое устраняет необходимость в мембране, разделяющей две разные камеры внутри электролитических ячеек, приводит к значительной экономии по сравнению с традиционными подходами к электролизу.Фактически, герметизация мембраны обычно является дорогостоящей, а также усложняет весь производственный процесс. Мембрана в обычных системах требует воды высокой чистоты и постоянного обслуживания, и все это не требуется в E-TAC.

Кроме того, методика, разработанная Ротшильдом и его коллегами, полностью исключает риск летучих столкновений между кислородом и водородом, а также связанных с этим взрывов. С другой стороны, в традиционных системах этот риск все еще присутствует, поскольку мембрана может порваться или ее уплотнение может сломаться.

«В настоящее время использование мембран также ограничивает давление при производстве водорода», — сказал Ротшильд. «E-TAC делает мембрану ненужной, тем самым облегчая производство водорода при гораздо более высоком давлении и устраняя некоторые из высоких затрат на последующее сжатие водорода. Более того, в новом процессе, который мы предложили, кислород образуется посредством спонтанной химической реакции между заряженными анод и вода, без использования электрического тока.Эта реакция устраняет необходимость в электричестве при производстве кислорода и увеличивает энергетический КПД с ~ 70 до 80 процентов при использовании обычных методов до беспрецедентного уровня 98.7 процентов ».

Метод, разработанный Ротшильдом и его коллегами, может снизить эксплуатационные расходы на устойчивое производство водорода и стоимость оборудования. Исследователи подсчитали, что производственные затраты на оборудование на основе E-TAC будут примерно вдвое меньше, чем на существующие технологии.

«Процесс, который мы изобрели, представляет собой концептуальный прорыв в разделении воды, и с учетом преимуществ, которые он предлагает, он может изменить правила игры и привести к новой технологии производства водорода из воды без выбросов CO ₂ , что могло бы конкурировать с SMR за производство чистого водорода и обеспечить переход от ископаемого топлива к чистому водородному топливу », — сказал Ротшильд.

После того, как они закончили писать свою статью, исследователи из Техниона запатентовали свое изобретение и основали стартап под названием H ₂ Pro с миссией разработки и распространения новой технологии разделения воды на основе техники E-TAC. Они надеются вскоре коммерциализировать эту технологию путем увеличения размеров электродов и ячеек, используемых в их исследовании, создания и тестирования генераторов водорода на основе процесса разделения воды E-TAC, оптимизации своей схемы работы и изучения производства водорода под высоким давлением.

«Мы также планируем проводить дальнейшие академические исследования для изучения новых электродных материалов и применять передовые аналитические методы, чтобы понять корреляцию между электродным составом и микроструктурой и его функциональными свойствами, чтобы разработать следующее поколение Ni (OH) ₂ — электроды для нашего процесса водоразделения E-TAC », — сказал Ротшильд. «Наша цель — повысить их производительность (чтобы мы могли запускать более длительные процессы) за счет быстрой зарядки и регенерации, чтобы обеспечить высокую скорость производства водорода.»

---

Исследователи совершили прорыв в производстве водородного топлива.

---

Дополнительная информация: Разделение выделения водорода и кислорода с помощью двухступенчатого электрохимико-химического цикла для эффективного общего расщепления воды. Nature Energy , DOI: 10.1038 / s41560-019-0462-7

Avigail Landman et al. Фотоэлектрохимическое расщепление воды в отдельных ячейках с кислородом и водородом, Nature Materials (2017). DOI: 10.1038 / nmat4876

© 2019 Сеть Science X

Ссылка : Новый метод расщепления воды для получения чистого водорода (2 октября 2019 г.) получено 27 декабря 2021 г. из https: // techxplore.ru / news / 2019-09-water-splitting-technic -gorod.