Экологически чистый метод получения водорода из аммиака
Ученые из Северо-Западного университета Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University USA, разработали высокоэффективный, экологически чистый метод преобразования аммиака в водород.
Особенности:
•Суперпротонный CsH₂PO₄ обеспечивает работу электрохимической ячейки при 250 °C;
•Катализатор разложения аммиака интегрирован с катализатором электроокисления водорода;
•Двухслойный анод, содержащим слой катализатора термического крекинга и слой катализатора электроокисления водорода. Cs-промотированный Ru на углеродных нанотрубках (Ru / CNT) служит катализатором термического разложения, а Pt на углеродной саже, смешанной с CsH₂PO₄ используется для катализа электроокисления водорода;
•Аммиак превращается в водород со 100% фарадеевской эффективностью;
•Скорость производства водорода 1,5 моль на грамм катализатора в час при напряжении смещения 0,4 В.
Идея использования аммиака (NH₃) в качестве носителя для доставки водорода в последние годы приобрела особую популярность. Дело в том, что это бинарное неорганическое химическое соединение азота и водорода, намного легче сжижать, чем водород. А, значит, его проще хранить и транспортировать.
Чтобы преобразовать аммиак, ученые построили уникальную электрохимическую ячейку с протонопроводящей мембраной (основной функцией протонопроводящей мембраны является перенос в катодную область протона, образовавшегося в результате ионизации водорода на аноде. Кроме того, протонопроводящая мембрана выполняет роль газоразделителя: она отсекает анодную сторону мембранно-электролитного блока от катодной при пропускании газов) и интегрировали ее с катализатором расщепления.
Сначала аммиак «встречается» с катализатором о, который расщепляет его на азот и водород. Полученный водород немедленно превращается в протоны, которые затем, под воздействием электрического поля, перемещаются через мембрану в электрохимической ячейке. Постоянно отбирая водород, реакция протекает дальше. Такой тип проведения реакции известен как принцип Ле Шателье - Брауна. Удаляя один из продуктов расщепления аммиака - а именно водород, процесс переходит за пределы того, что может сделать обычный катализатор.
Полученный таким образом водород можно использовать в топливном элементе.
Топливный элемент - устройство, эффективно вырабатывающее тепло и постоянный ток в результате электрохимической реакции и использующее богатое водородом топливо. По принципу работы он схож с батареей. Конструктивно топливный элемент представлен катодом, анодом и электролитом. Чем он примечателен? В отличие от тех же батарей, топливные элементы на водороде не накапливают электрическую энергию, не нуждаются в электричестве для повторной зарядки и не разряжаются. Выработка электроэнергии ячейками продолжается до тех пор, пока у них имеется запас воздуха и топлива.
Водород - это чистое топливо, которое при потреблении производит воду в качестве единственного побочного продукта. Такие свойства отличают его от ископаемого, чьи побочные продукты - двуокись углерода, метан и закись азота - меняют климат, способствуя созданию парникового эффекта на планете.
Новый метод преобразования водорода из аммиака отличается своей экологичностью. Для преобразования аммиака в водород используется возобновляемая электроэнергия вместо тепловой на ископаемом топливе. Весь процесс происходит при более низких температурах, чем традиционные методы расщепления (250 °C вместо 500-600 °C). Кроме того, новая технология генерирует чистый водород, который не нужно отделять от непрореагировавшего аммиака или других продуктов. Также процесс эффективен - весь электрический ток, подаваемый на устройство, непосредственно производит водород без каких-либо потерь на паразитные реакции.
Авторы исследования прогнозируют, что новая технология может внести большие изменения в структуру транспортного сектора многих стран.
По данным Агентства по охране окружающей среды США, в 2018 году на перемещение людей и товаров на автомобилях, грузовиках, поездах, кораблях, самолетах и других транспортных средствах пришлось 28% выбросов парниковых газов в Северной Америке - больше, чем в любом другом секторе экономики.
Источник:
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30495-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2542435120304955%3Fshowall%3Dtrue#%20
https://hightech.fm/2021/01/29/ammonia-to-hydrogen