Какво е необходимо, за да се произвежда екологичен водород по-ефективно и евтино? Очевидно малки частици рутений и система за електролиза на вода, захранвана със слънчева енергия. Това поне е решението, предложено от съвместен екип, включващ Италианския технологичен институт (IIT) в Генуа и свързаната с него компания BeDimensional S.p.A.

Технологията, разработена в контекста на дейностите на съвместната лаборатория и наскоро представена в Nature Communications и Journal of the American Chemical Society, се основава на ново семейство електрокатализатори, които биха могли да намалят разходите за екологично производство на водород в промишлен мащаб.

Водородът се счита за устойчив енергиен вектор, алтернатива на изкопаемите горива. Но не всички видове водород са еднакви по отношение на въздействието си върху околната среда. Всъщност основният начин, по който се произвежда водород в днешно време, е чрез парен реформинг на метан - процес, базиран на изкопаеми горива, при който се отделя въглероден диоксид (CO2) като страничен продукт. Произведеният чрез този процес водород се класифицира като "сив" (когато CO2 се изпуска в атмосферата) или "син" (когато CO2 се улавя и съхранява).

Нови свойства на графена водят до революция във възобновяемата енергияПроцесът на пренос на протони в графена може да се използва за оптимизиране на добива на възобновяема енергия


За да се намалят емисиите до нула до 2050 г., тези процеси трябва да бъдат заменени с по-устойчиви такива от екологична гледна точка, които осигуряват "зелен" (т.е. с нулеви нетни емисии) водород. Цената на "зеления" водород зависи в голяма степен от енергийната ефективност на инсталацията (електролизатора), която разделя молекулите на водата на водород и кислород.

Изследователите от съвместния екип, стоящ зад това откритие, са разработили нов метод, който гарантира по-висока ефективност от известните в момента методи при преобразуването на електрическата енергия (енергийното отклонение, използвано за разделяне на водните молекули) в химическа енергия, съхранявана в молекулите на произвеждания водород. Екипът е разработил концепция за катализатор и е използвал възобновяеми енергийни източници, като например електрическа енергия, произвеждана от слънчев панел.

"В нашето изследване показахме как е възможно да се увеличи ефективността на една стабилна, добре разработена технология въпреки първоначалната инвестиция, която е малко по-голяма от тази, която би била необходима за стандартен електролизатор. Това се дължи на факта, че използваме благороден метал като рутений", обясняват Йонг Дзуо и Микеле Фери от Групата по нанохимия към IIT.

Белият водород може да спаси света. Учени са на крачка от огромно находищеБелият водород, наричан още


Изследователите са използвали наночастици от рутений - благороден метал, който по своето химическо поведение е подобен на платината, но е много по-евтин. Наночастиците на рутения служат като активна фаза на катода на електролизера, което води до повишаване на ефективността на целия електролизер.

"Проведохме електрохимични анализи и тестове при промишлено значими условия, които ни позволиха да оценим каталитичната активност на нашите материали. Освен това теоретичните симулации ни позволиха да разберем каталитичното поведение на рутениевите наночастици на молекулярно ниво – с други думи, механизма на разделяне на водата върху техните повърхности", обясняват на свой ред Себастиано Белани и Марилена Запия от BeDimensional. „Комбинирайки данните от нашите експерименти с допълнителни параметри на процеса, ние проведохме технико-икономически анализ, който показа конкурентоспособността на тази технология в сравнение с най-съвременните електролизери."

Рутеният е благороден метал, който се получава в малки количества като страничен продукт при добива на платина (30 тона годишно в сравнение с годишното производство на 200 тона платина), но на значително по-ниска цена (18,5 долара за грам в сравнение с 30 долара за платината). Новата технология включва използването на едва 40 милиграма рутений на киловат, което рязко контрастира с широкото използване на платина (до 1 грам на киловат) и иридий (между 1 и 2,5 грама на киловат, като цената на иридия е около 150 долара за грам), характерни за електролизерите с протонно-обменна мембрана.

От Бил Гейтс до папата – улавянето на CO2 от въздуха поляризира мнениятаДиректното улавяне на въглероден диоксид има своите привърженици, но предизвиква разногласия и е поставяна под съмнение от редица организации


Чрез използването на рутений изследователите от IIT и BeDimensional подобряват ефективността на алкалните електролизери - технология, която се използва от десетилетия поради своята здравина и издръжливост. Тя например е била на борда на капсулата Apollo 11, която през 1969 г. извежда човечеството до Луната.

Разработената нова група катоди на основата на рутений за алкални електролизери е много ефективна и има дълъг експлоатационен живот, поради което е в състояние да намали производствените разходи за зелен водород.

"В бъдеще планираме да приложим тази и други технологии, като например наноструктурирани катализатори на базата на устойчиви двуизмерни материали, в разширени електролизери, захранвани с електрическа енергия от възобновяеми източници, включително електричество, произведено от фотоволтаични панели", посочват в заключение изследователите.