Производството на зелен водород може да се подобри значително чрез редокс цикли
(снимка: CC0 Public Domain)
Испански учени намериха начин да извличат водород от вода чрез микровълново лъчение. За целта изследователите от Института по химични технологии и техни колеги са разработили химическа окислително-редукционна система.
Сред технологиите за производство на водород най-популярна е електролизата, но тя, както и други подобни технологии, срещат проблеми, най-често поради високите работни температури. Химическата редокс система, захранвана от микровълново лъчение, позволява директно, безконтактно електрифициране на процеса, като същевременно намалява работната температура и сложността.
Учените от Испания демонстрираха по-рано, че микровълните могат ефективно да управляват цикли на разделяне на водата, използвайки Gd-легиран церий при ниски температури (<250° C), но свойствата на материала трябваше да бъдат прецизирани. В новата си разработка те изследват ключови свойства на материала, които влияят на окислително-редукционния механизъм чрез скрининг на серия от легирани цериеви материали за подобряване на микровълновото производство на водород.
Изследването се фокусира върху значителното подобряване на производството на зелен водород чрез редокс цикли, при които материалът поема и освобождава кислород от водата и стабилно го отделя от водорода.
Разработката е на екип от Института по химични технологии (ITQ), съвместния изследователски център на Политехническия университет във Валенсия (UPV) и Висшия съвет за научни изследвания (CSIC), и Института за информационни и комуникационни технологии (ITACA) на UPV.
Разработеният процес позволява да се получи зелен водород чрез възобновяема електроенергия, поради дизайна и използването на материали, които имат тези редокс свойства и които реагират на микровълново лъчение. Основата на редокс химичния цикъл е преносът на електрони между атомите на различни елементи в присъствието на индуцирано електромагнитно поле.
Микровълните имат уникални предимства при електрифицирането на редокс процес, като осигуряване на електрическа енергия без необходимост от контакти и драстично намаляване на температурата на цикъла (от 1300° C до 400° C), което също намалява сложността на процеса на получаване на H2 и максимизиране на енергийната ефективност.
„Основната новост в работата е изчерпателното изследване на свойствата на материала, които определят ефективността на процеса“, обясняват учените. „Основите на дизайна на материалите са положени за адаптиране на производството на кислород и водород и за регулиране на енергийното състояние на материала в зависимост от желаното приложение. Освен това е доказано, че е възможно да се извлича кислород чрез много бърз и силно контролиран импулсен процес“, добавят те.
През последните години тази технология беше консолидирана в множество промишлени приложения, поради бързата си скалируемост и висока енергийна ефективност, обясни директорът на ITACA – Хосе Мануел Катала.
„По време на изследването беше направено подробно проучване на влиянието върху производството на водород на различни добавки, въведени в материала на матрицата (цериев оксид) с цел регулиране на взаимодействието с микровълновото лъчение и свойствата на получения енергизиран материал. Впоследствие капацитетът за производство на водород на този материал и механизмът, който управлява процеса, са проучени, което ще улесни бъдещото проектиране на материали“, заключава директорът на ITQ – Хосе Мануел Сера.