Сибирские ученые создают универсальное химическое топливо

В ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» занимаются разработкой материалов для создания твердооксидных топливных элементов, а также непосредственно конструированием топливных ячеек. Эти элементы — готовая электроэнергия, которая может подпитывать не только дроны, но и ноутбуки, автономные котельные, электромобили, электростанции и даже космические корабли.

Процесс работы топливной ячейки основан на том, что химическая энергия в ней превращается сразу в электричество, а в качестве побочного продукта выделяется лишь водяной пар. Производство таких ячеек экологично и эффективно. Топливная батарея меньше и легче традиционных источников энергии, но пока дороже и требует определенной инфраструктуры для внедрения в производство. 

«Мы понимаем, что производство энергии в нашей стране актуально и неактуально одновременно. Мы имеем много запасов: уголь, нефть, газ. Это у нас есть в больших масштабах, но, как говорится, всё когда-то кончается. Кроме того, вопросы об экологически безопасных методах получения электроэнергии остаются всё так же актуальны», — говорит сотрудница лаборатории катализа глубокого окисления ИК СО РАН, где занимаются разработкой топливных ячеек, кандидат химических наук Юлия Николаевна Беспалко.

Ее главная задача — разработка новых нанокомпозитных материалов для создания мембранных каталитических реакторов как на основе кислородпроводящих, так и протонпроводящих мембран.

Внутри установки каталитическая мембрана разделяет вещество на несколько элементов, функционируя как сито для материалов. С его помощью ученые выделяют либо водород, причем со 100%-ной селективностью, либо синтез-газ — смесь газов CO+H2, из которой уже можно получить электрическую и тепловую энергию. 

Уникальные методы (изотопный обмен кислорода, математическое моделирование), разработанные и используемые в ИК СО РАН по оценке подвижности кислорода и его реакционной способности на поверхности и в объеме материалов, позволяют прогнозировать эффективность получаемых материалов для мембран и твердооксидных топливных элементов. Анализируя подвижность и реакционную способность кислородного транспорта, ученые выяснили, что неоднородность состава твердых электролитов и протонпроводящих материалов (вольфраматы, молибдаты и ниобаты редкоземельных металлов), а также их структурные и текстурные характеристики влияют на его подвижность. Результаты исследований по свойствам используемых материалов, созданию мембран, мембранных реакторов и топливных ячеек опубликованы в более чем 20 рецензируемых российских и зарубежных журналах. 

Кроме того, с помощью каталитических мембран можно получать оксиды углерода и водорода, синтезировать метанол и применять их в ряде других процессов в химической промышленности. 

Подготовили студенты отделения журналистики ГИ НГУ Артём Васильев, Сергей Боцманов