В 70–80-е годы ходила конспирологическая теория о том, что крупные корпорации целенаправленно скрывают технологии водородного транспорта, чтобы бесконечно зарабатывать на продажах нефти. Сегодня получение водорода превратилось в насущную необходимость, однако топливные гиганты почему-то не спешат доставать из архивов те самые секретные разработки. Причина проста: процесс расщепления воды с целью добычи экологически чистого топлива исторически был и остается крайне дорогим, во многом из-за необходимости использовать редкие дорогостоящие катализаторы. Тем не менее, ученые из США планомерно пытаются пробить эту технологическую стену, и последние эксперименты показывают серьезные успехи.
Слева классический катализатор, справа — новый. Источник изображения: Washington University in St. Louis
Важное открытие совершили исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis), представившие принципиально новый катализатор для электролиза воды и последующего синтеза чистого водорода. Традиционно в подобных установках задействуются редкие металлы платиновой группы, что делает масштабное промышленное производство экономически нецелесообразным. Американским специалистам удалось успешно обойти это ограничение, создав высокоэффективный и недорогой состав без применения драгоценных металлов.
Вместо дорогой платины научная группа применила инновационную гетероструктуру на основе фосфидов рения и молибдена (Re2P/MoP). Подобная комбинация компонентов обеспечивает одновременное быстрое расщепление молекул воды, а также эффективное накопление и быстрое отделение газообразного водорода непосредственно на активной поверхности катализатора. Главная стратегическая цель проекта заключается в организации коммерчески доступной выработки так называемого «зеленого» водорода, который производится за счет использования избыточной электроэнергии от солнечных электростанций и ветрогенераторов.
Ключевым технологическим прорывом разработки стало точное управление сетью водородных связей на критической границе раздела фаз «катализатор–электролит». Исследователи эмпирически выяснили, что именно уникальная структура перехода между материалами определяет общую скорость переноса протонов и кинетику выделения водорода. В научной статье, опубликованной в авторитетном издании Journal of the American Chemical Society, отмечается, что созданный катод продемонстрировал рекордно низкое межфазное сопротивление и высокую стабильность реакции. Тестовая система стабильно функционировала свыше 1000 часов при высоких промышленных плотностях тока в пределах 1–2 А/см2, что является отличным показателем для оценки долговечности безплатиновых электролизеров.
Представленная инновационная технология и композитный безметалловый катализатор уже продемонстрировали отличные результаты в лабораторных условиях. На следующем этапе исследователи намерены заняться масштабированием технологии, чтобы сделать возможным промышленное производство водорода, хотя этот переход потребует решения совершенно иных инженерных задач.
