Революция чистого топлива. Ученые нашли способ превращать воду в водород — как это спасет планету

Еще одна альтернатива ископаемому топливу — водород. Эксперты считают переход к электро- и водородным автомобилям одним из ключевых шагов по декарбонизации нашего мира. Развитие водородной энергетики поможет человечеству отказаться от тепловых электростанций, которые в основном работают на угле и газе.

Однако здесь есть одна большая проблема: несмотря на то, что водород сам по себе не оставляет никаких отходов, большинство современных водородных электростанций работает за счет ископаемого топлива. По данным Международного энергетического агентства, 96% водорода сейчас человечество получает, используя уголь, нефть и природный газ.

Что, в общем, ставит большой знак вопроса с точки зрения экологичности водорода как вида топлива.

Сейчас перед исследователями стоит большой вызов — научиться производить чистый, «зеленый» водород: то есть тот, для производства которого используется безуглеродное электричество.

До сих пор самым популярным способом добычи зеленого водорожа был электролиз, основой для которого были солнечные батареи, ветряки и другие возобновляемые источники энергии. Главная проблема такого способа — его дороговизна. Исследования показывают, что этот способ станет рентабельным для производителей лишь в 2030-х годах.

Долгое время идеальной альтернативой считался голубой водород, в процессе создания которого углекислый газ не выпускают в атмосферу, а улавливают и хранят под землей. Однако этот вариант на самом деле ничем не лучше, — а, возможно, даже хуже, чем более традиционные способы получение водорода.

Поэтому у нас нет другой альтернативы кроме как поиска новых, более дешевых способов получения зеленого водорода. Новое открытие ученых из Калифорнийского университета — это многообещающий шаг в этом направлении.

В своем исследовании, опубликованном в журнале Applied Nano Materials, ученые описали относительно простой метод получения водорода. Для этого им потребовалась вода, а также наночастицы галлия и алюминия, которые способны отделять кислород от молекул воды и оставлять газообразный водород. Причем этот процесс не просто дает возможность получать большое количество водорода, но и работает при комнатной температуре, а также с любой водой — как со сточной, так и с морской.

«Я никогда не видел ничего подобного. Нам вообще не нужно применять энергию, водород пузырится как сумасшедший», — говорит материаловед Скотт Оливер, участвовавший в исследовании.

На самом деле в самой реакции между алюминием, галлием и водой нет ничего нового — про нее ученые знают уже около 50 лет. Однако до сих пор ученые использовали сплавы, в которых преобладал алюминий, а также более сложные сплавы с другими металлами. Эксперименты ученых показали, что лучших результатов помогал добиться композит галлия и алюминия в соотношении 3:1.

В этом сплаве галлий выполняет сразу две функции: удаляет оксидное покрытие алюминия, которое может блокировать реакцию с водой и производит алюминиевые наночастицы, которые ускоряют «водородную» реакцию.

До сих пор именно невозможность удержания наночастиц от их агрегации в более крупные частицы было основной проблемой данной реакции. Ученые пытались воспрепятствовать этому разными способами, однако американским исследователям удалось провернуть этот трюк просто повысив концентрацию галлия, при этом никак не манипулируя ни температурой ни атмосферным давлением в лаборатории.

Для изготовления композита не требуются какие-то сложные технологии — по словам ученых, достаточно простого ручного смешивания. Срок хранения композита — до трех месяцев, однако для защиты от влаги, его нужно покрыть циклогексаном.

В качестве источников получения алюминия подходит практически все, включая использованную фольгу или консервные банки. С галлием немного сложнее — он менее распространен в природе и является более дорогим металлом. Однако его преимущество в том, что его можно извлекать и использовать не один раз с одинаковой эффективностью.

Сейчас ученые изучают возможность масштабирования своей технологии — в идеале ее можно будет использовать для коммерческого производства водорода. Если им все-таки это удастся, это будет большим успехом для всего человечества, ведь зеленый водород — это то, что действительно может стать топливом будущего.