Wasserstoff gilt als nahezu idealer Kraftstoff, da er beim Verbrennen keine schädlichen Treibhausgase wie CO2 - nur Wasserdampf - abgibt. Die Ära des sauberen Kraftstoffs ist jedoch noch nicht angebrochen - die Herstellung von Wasserstoff ist zu teuer. Einer der Gründe ist, dass das Verfahren Edelmetallkatalysatoren verwendet.
Wissenschaftler der Polytechnischen Universität Tomsk (TPU) haben eine günstigere Alternative zu Metallen der Platingruppe gefunden und eine Technologie zur Herstellung eines vielversprechenden Materials entwickelt - kubisches Wolframcarbid. Wie die Entdeckung russischer Forscher die weit verbreitete Verwendung von Wasserstoffbrennstoff näher bringen wird - unter dem Strich.
Warum Wasserstoff?
Die Nachfrage nach Wasserstoff wächst und das Volumen seiner Nutzung verdoppelt sich alle 15 Jahre. Dieses chemische Element ist in der Ölindustrie weit verbreitet.
Darüber hinaus spielt Wasserstoff eine Schlüsselrolle bei der sogenannten Dekarbonisierung der Wirtschaft, was bedeutet, dass die Verwendung von Kohlenwasserstoffen vermieden wird. Als Kraftstoff ist es eine der harmlosesten Alternativen. Durch Schätzungen BloombergNEF (BNEF), sogenannter „grünen“ Wasserstoff durch Elektrolyse erhalten wird, kann die globale Emission von Treibhausgasen zu 34% der 2050 Jahre reduzieren.
Heute wird das Volumen des Marktes für Wasserstoffbrennstoffe auf 700 Milliarden US-Dollar geschätzt. In allen kürzlich verabschiedeten strategischen Dokumenten der Europäischen Union wird Wasserstoff genannt der Hauptwachstumstreiber zur Überwindung der durch COVID-19 verursachten Wirtschaftskrise.
Produktionsschwierigkeiten
Wasserstoff kommt auf der Erde in seiner reinen Form praktisch nicht vor, das Element wird durch chemische Reaktionen aus anderen Verbindungen extrahiert. In der Regel handelt es sich hierbei um eine wirtschaftlich unrentable Produktion, oder es ist schwierig, sie auf Industrieschienen zu bringen. Wissenschaftler untersuchen verschiedene Möglichkeiten, um die Wasserstoffproduktion billiger und einfacher zu machen. Dies wirkt sich schließlich direkt darauf aus, wie schnell die Welt auf umweltfreundlichere Kraftstoffe umsteigen kann.
BNEF Experten gehen davondass noch vor 2030 „grünen“ Wasserstoff etwas mehr als 2 $ kosten / kg und beginnt mit Kohle und Erdgas inIndustrieWettbewerb, zum Beispiel inStahlproduktion. Und bis 2050 wird das chemische Element im Preis mit der billigsten Kohle konkurrieren können, ohne ein einziges Gramm CO2 zu produzieren.
Die Aussichten sind gut. So hat der deutsche Ölkonzern Shell vor einem Jahr mit dem Bau einer der weltweit größten Wasserstoffproduktionsanlagen durch Elektrolyse begonnen. Die Inbetriebnahme ist für Ende des Jahres geplant und es können jährlich bis zu 1.300 Tonnen Wasserstoff produziert werden.
Billigerer Katalysator
Typischerweise werden bei der Wasserstoffelektrolyse Katalysatoren aus Metallen der Platingruppe verwendet - Platin, Iridium, Ruthenium und deren Derivate. Alle von ihnen sind als Edelmetalle klassifiziert und sehr teuer.
Ein billigeres Analogon ist kubisches Wolframcarbid. Die Bedingungen für die Herstellung sind nicht einfach: Die Synthese erfordert eine Temperatur von 3000 ° C und eine sehr schnelle Abkühlung. Den Wissenschaftlern der Polytechnischen Universität Tomsk gelang es jedoch, eine Installation zu entwickeln, mit der dieses Material mit einem hohen Reinheitsgrad (bis zu 95%) hergestellt werden kann.
Installation - Koaxial Magnetoplasma- Beschleuniger. Es erreicht hohe Temperaturen und ultraschnelle Abkühlung mit Hilfe von Plasmastrahlen. Ihre Geschwindigkeit liegt über 3 km / s und die Reaktion selbst dauert weniger als 1 ms. Verfügbare und relativ billige Pulver aus Wolfram und Ruß werden in das Beschleuniger gegeben. In der Arbeitskammer der Vorrichtung werden die Ausgangspulver während der plasma-chemischen Reaktion in kubisches Wolframcarbid umgewandelt. Die Wissenschaftler beschrieben die Ergebnisse der Experimente in der Fachzeitschrift Journal of Alloys and Compounds .
„Die während der Reaktion erhaltenen Nanopartikel aus kubischem Wolframcarbid werden erfolgreich bei der Reaktion zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser eingesetzt. Dies ermöglicht eine Minimierung des Einsatzes seltener und teurer Edelmetalle der Platingruppe “, sagt Ivan Shanenkov, außerordentlicher Professor der TPU-Abteilung für elektrische Energie und Elektrotechnik .
Was weiter
TPU-Wissenschaftler haben gemeinsam mit chinesischen Forschern der Jilin-Universität und der Qingdao-Universität die vielversprechende Natur des Materials bestätigt. In Zukunft planen die Wissenschaftler, die katalytische Aktivität des Materials zu erhöhen und die Verwendung teurer Edelmetalle bei der Elektrokatalyse von Wasserstoff aus Wasser vollständig aufzugeben.
