Потребность в водороде для борьбы с изменением климата
По данным Global Carbon Project, в 2024 году выбросы CO2 от сжигания ископаемого топлива могут достичь 37,4 млрд тонн, что на 0,8% больше по сравнению с предыдущим годом. Это противоречит глобальным усилиям по переходу к углеродно-нейтральному обществу и подчеркивает необходимость сокращения потребления ископаемого топлива и развития альтернативных источников энергии.
Несмотря на попытки сократить использование углеродоемких ресурсов, выбросы CO2 продолжают расти. В этих условиях водород, который не выделяет CO2 при сгорании, становится перспективным энергетическим ресурсом. Он обладает высокой плотностью энергии, значительно превосходящей плотность традиционных твердых видов топлива, и играет важную роль в решении проблем нестабильности возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая генерация.
Использование водорода для преобразования избыточной электроэнергии в химическую форму и её последующего хранения и транспортировки делает его жизнеспособным решением для долгосрочного энергоснабжения. Однако для максимальной экологичности водород должен производиться без углеродных выбросов.
Преимущества химического электролиза воды
Химический электролиз воды предлагает многообещающее решение этих проблем. В отличие от традиционного электролиза, эта технология позволяет получать водород при более низком напряжении за счет замены реакции окисления воды (ООР) альтернативными химическими процессами, такими как окисление аммиака, спиртов, мочевины и гидразина.
Кроме того, химический электролиз способен не только повышать энергоэффективность, но и приносить дополнительную пользу, включая производство ценных побочных продуктов и устранение загрязняющих веществ.
Недавние исследования систематизировали новейшие стратегии разработки катализаторов, направленные на снижение перепотенциалов в ключевых реакциях. По словам профессора Сеульского национального университета Хо Вон Джанга: «Химический электролиз воды представляет собой инновационный подход, позволяющий повысить энергоэффективность производства чистого водорода, преодолевая ограничения традиционных методов».
Технические вызовы и пути их решения
Несмотря на перспективность метода, остается ряд технических проблем, связанных с заменой традиционного электролиза химическим. Среди них:
- обеспечение долговечности катализаторов,
- достижение низковольтной работы,
- повышение плотности тока (А/см²) и долгосрочной стабильности (>10 000 часов).
Для решения этих задач исследователи изучают механизмы электрохимических реакций и применяют искусственный интеллект в разработке катализаторов. Одним из важных направлений является разработка мембранных электродных сборок (MEA), которые объединяют анод, мембрану и катод для снижения электрического сопротивления и потерь на массообмене.
Также ведутся работы по созданию устройств, аналогичных топливным элементам, работающим при высоких температурах для повышения эффективности. Параллельно разрабатываются автономные системы производства водорода, использующие возобновляемые источники энергии.
Будущее производства зеленого водорода
По мере дальнейшего развития технологий химический электролиз воды может стать ключевым элементом перехода к устойчивой энергетике. Как отметил исследователь Чан: «Наш обзор позволяет быстро и точно ознакомиться с последними тенденциями в этой области, стратегиями разработки катализаторов и перспективами промышленного внедрения».
Развитие этой технологии может сыграть решающую роль в создании углеродно-нейтрального общества, предлагая эффективный и экологичный способ производства водорода.Источник: https://www.innovationnewsnetwork.com/chemical-water-electrolysis-a-new-frontier-for-clean-hydrogen-production/56738/
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
