Как новая электрохимическая технология позволяет удвоить добычу водорода и снизить энергопотребление на 40%?

1 декабря в научном издании Chemical Engineering Journal было опубликовано исследование, проведенное учеными из Университета Макгилла в Монреале, Канада. Группа исследователей, соавтором которой выступил докторант Хамед Хейдарпур, представила новую электрохимическую методику расщепления молекул воды. Ключевым достижением стала возможность удвоить количество производимого водорода по сравнению со стандартными методами, при этом сократив энергетические затраты до 40%.
Как новая электрохимическая технология позволяет удвоить добычу водорода и снизить энергопотребление на 40%?
Изображение носит иллюстративный характер

Процесс протекает при напряжении около 0,4 вольта, что приблизительно на 1 вольт ниже показателей, необходимых для обычного электролиза воды. Инновация заключается в замене традиционной реакции, образующей кислород, на процесс, генерирующий водород. Это стало возможным благодаря добавлению в реактор простой органической молекулы и использованию модифицированного катализатора.

Техническая установка включает две камеры, заполненные растворами гидроксида калия (KOH) и разделенные тонкой мембраной, с электродами, подключенными к источнику постоянного тока. Главное новшество было применено на аноде: в камеру добавляется химическое вещество гидроксиметилфурфурол (HMF). Для реакции используется модифицированный медный катализатор, в котором атомы хрома на поверхности стабилизируют атомы меди в их реактивном состоянии.

Химический механизм процесса основан на том, что электроны от анода окисляют альдегидные группы в молекулах HMF. Альдегид определяется как атом углерода, имеющий двойную связь с атомом кислорода и одинарную связь с атомом водорода. В отличие от стандартного электролиза, где на аноде неэффективно выделяется кислород, новая методика позволяет получать водород одновременно и на отрицательном электроде (катоде), и на положительном (аноде).

Первичным продуктом реакции является водород, а побочным продуктом — HMFCA, который имеет потенциал использования в качестве химического сырья для производства биопластика. Источником HMF служат непищевые растительные материалы, например, остатки бумаги, однако на данный момент это вещество остается дорогим. Ученые рассматривают возможность использования альтернативных субстратов, таких как формальдегид, который также содержит альдегидные группы.

В контексте современной промышленности водород востребован для производства аммиака (используемого в удобрениях), питания топливных элементов и прямого сжигания для получения энергии. Доминирующим методом производства сегодня является паровой риформинг, при котором вода реагирует с природным газом при высоких температурах, что требует больших затрат энергии и сжигания ископаемого топлива. Стандартный электролиз, расщепляющий воду электричеством, также считается неэффективным и дорогостоящим из-за проблем с генерацией кислорода на аноде.

Для практического применения новой технологии необходимо решить вопрос долговечности материалов. Катализатор требует значительного улучшения стабильности, чтобы эффективно работать в течение «тысяч часов» в промышленных условиях. Это является критическим условием для масштабирования метода за пределы лаборатории.

Марк Саймс, профессор электрохимии и электрохимических технологий из Университета Глазго, не участвовавший в данном исследовании, прокомментировал результаты работы. Он отметил, что переработка излишков малоценных органических субстратов в ценные химические вещества с параллельной генерацией водорода — это «привлекательный и экологически чистый способ создания двух видов сырья одновременно».


Новое на сайте

20868Уязвимости Plex открыли путь майнерам и Linux-бэкдору 20867Взлом OpenCode Console: под угрозой могли оказаться ключи OpenAI, Anthropic и Google 20866Rank Math PRO: заражённое обновление оставило на сайтах самовосстанавливающийся бэкдор 20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси?
Ссылка