Ученые разработали новый катализатор для более эффективного производства водорода

Команда исследователей из факультета химического машиностроения университета Северной Каролины объявила о разработке нового катализатора для преобразования метана и воды в водород и сырье для топлива (синтез-газ), с использованием только солнечной энергии. По словам ученых, новый материал в три раза более эффективен при преобразовании воды в водородный газ, чем предыдущие технологии расщепления.

На сегодняшний день водород считается одним из ключевых источников «зеленой» энергии, ведь он может быть получен в экологически чистом процессе расщепления воды на кислород и водород. Синтез-газ представляет собой смесь окиси углерода и водорода, которая может быть использована в качестве сырья для промышленных процессов, производящих синтетическое дизельное топливо, олефины и метанол. Благодаря новому материалу, у ученых появилась возможность вырабатывать оба вида топлива одновременно, в одном процессе.

Вновь разработанная технология основана на использовании каталитического материала, который состоит из оксида железа и оксида железа-лантана-стронция (LSF). Как утверждают исследователи, именно оксид железа-лантана-стронция значительно улучшает активность оксида железа в качестве катализатора для расщепления воды. С помощью нового композиционного материала они смогли преобразовать до 77 процентов воды (в виде пара) в водород. Для сравнения, 20 процентов – были наилучшими результатами предыдущих процессов расщепления воды.

Сам процесс получения водорода и синтез-газа состоит из двух этапов. На первом этапе метан закачивают в реактор, который нагревают с помощью солнечной энергии. В реакторе содержится каталитический композит, который вступает в реакцию с метаном, с образованием синтез-газа и двуокиси углерода. При этом сами композитные частицы «лишаются» кислорода. Затем синтез-газ удаляется из системы, а редуцированные (без кислорода) композитные частицы помещаются во второй реактор.

Во втором реакторе эти частицы вступают в реакцию с высокотемпературным водяным паром, при этом образуется газообразный водород 97-процентной чистоты. В этом процессе композитные частицы вновь обогащаются кислородом и могут быть повторно использованы для реакции с метаном в первом реакторе. Цикл вновь повторяется.

Как говорят исследователи, для запуска первого цикла процесса водяной пар должен быть получен с использованием внешних источников энергии. Но в самом цикле химические реакции выделяют достаточно тепла для превращения воды в пар без внешнего источника энергии.