Ученые ИТМО воплотили в жизнь новаторский дизайн реакторов, сулящий революцию в скорости и экономичности получения «зеленого» водорода. Метод, основанный на уникальном применении магнитов и наночастиц, увеличивает скорость электролиза воды в шесть раз и снижает затраты электроэнергии на впечатляющие 15%. Полупромышленный образец уже готов доказать свою эффективность в реальных условиях!
Зачем миру водород?
Водород жизненно важен для множества отраслей. Он служит ключевым сырьем на химических заводах, металлургических комбинатах, нефтеперерабатывающих заводах, в пищевой и стекольной промышленности, и даже в ядерной энергетике. Без него невозможно создание аммиака, метанола, многих металлов или затвердевшего жира для маргарина и мыла. Более того, водород признан перспективным и чистым энергоносителем будущего.
Электролиз: зеленый путь с барьерами
Добыча водорода путем расщепления воды электрическим током – самый экологичный метод, который дает чистый кислород и водород. Однако для внедрения в промышленность его высокая стоимость долгое время была серьезной преградой.
Новое рождение электролиза от ИТМО
Ответ инноваторам из ИТМО – реактор новой концепции. Интеграция магнитов и нанесение на электроды особых железо-кобальтовых наночастиц стали прорывом. Это привело к шестикратному ускорению электрохимических реакций! Энергоэффективность также растет: на производство килограмма водорода теперь тратится всего 48.8 кВт*ч вместо прежних 57.3 кВт*ч.
Работа умной установки
Основной принцип остается: электроды в щелочном растворе под напряжением расщепляют молекулы воды Н₂О на водород (Н₂) у катода (-) и кислород (О₂) у анода (+). Инновация – в усилении этих процессов.
Магнитная технология: в чем секрет?
«Магнитные наночастицы вкупе с полями заставляют работать два новых эффекта: спиновую поляризацию и управляемую гидродинамику, – поясняет Илья Шабалкин, участник проекта из Инженерной школы ИТМО. – Они оптимизируют электронное состояние реагентов, делая их более реакционноспособными при меньших затратах энергии. Магнитное поле дополнительно к электрическому вызывает "самоперемешивание" раствора силами Лоренца и Кельвина – это ускоряет диффузию, избавляя от необходимости механического перемешивания, как в стандартных реакторах.»
От лаборатории к практике
Эксперименты на полупромышленном прототипе, собранном и настроенной командой ИТМО, подтвердили все теоретические выкладки. Ученые самостоятельно создали наночастицы, а ключевые полимерные компоненты реактора напечатали на 3D-принтере, найдя оптимальные формы. Установка полностью готова к масштабированию и тестированию на производственных площадках индустриальных партнеров.
Исследование реализовано при поддержке программы «Приоритет 2030».
