Молодые исследователи НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из МГУ предложили систему на основе металл-полимерных мембран для выделения водорода из газовой смеси. Концентрация водорода после применения инновации может быть повышена до уровня, который позволит значительно продлить срок жизни топливного элемента экологически чистого двигателя.
Водород — это экологически чистый и высокоэффективный энергоноситель. Главные достоинства водорода как альтернативного источника энергии в том, что его удельная теплота сгорания втрое выше, чем у нефти, а при его сгорании образуется только вода, что в свою очередь совершенно безопасно для окружающей среды. Однако получаемый техническим способом водород в большинстве случаев бывает сильно загрязнен примесями других газов. Очистка водорода — не менее важная часть производства, чем его получение. Главными примесями к водороду являются: сероводород H_2S, диоксид углерода СО_2, оксид углерода СО, азот N_2, водяные пары и др. Степень загрязненности водорода зависит от методов его получения и очистки.
Топливные элементы осуществляют превращение химической энергии топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.
Подаваемый в топливный элемент водород взаимодействует с кислородом воздуха, и эта реакция невозможна без участия катализатора, как правило, состоящего из драгоценных металлов, например, платины.
Драгметаллы катализатора стремительно деградируют и становятся пассивными в присутствии газовых примесей в водороде. Примеси приводят к критическим помехам в работе механизма — к так называемому отравлению топливного элемента. Окисленная или деградированная поверхность катализатора перестает функционировать, и срок жизни топливного элемента может сократиться до 1,5 месяцев.
Растущий спрос на высокое качество водородного топлива рождает спрос на эффективные технологии его получения и очистки.
Группа исследователей под руководством приглашенного профессора НИТУ «МИСиС» д.х.н. Семена Клямкина разработала дешевую и эффективную технологию очистки и хранения водорода на основе металл-полимерных мембран. Основой разработки стал композиционный материал, представляющий собой полимерную матрицу из полиэтилена с наполнителем из интерметаллического соединения, например, лантана и никеля (никелид лантана).
«Интерметаллид в составе материала интересен тем, что способен вступать в химическую реакцию с водородом, образуя гидриды, — рассказал соавтор работы инженер Центра композиционных материалов НИТУ „МИСиС“ к.т.н. Михаил Задорожный, — Остальные примесные газы в этом процессе не участвуют. Мембрана за счет этой избирательной реакции наполнителя „накачивает“ в себя атомы водорода, проще говоря, газовый поток разделяется на ней, задерживая все посторонние примеси и пропуская очищенный водород. Сама полимерная матрица с одной стороны не дает наполнителю рассыпаться, а с другой стороны задерживает примесные газы и защищает поверхность интерметаллида от отравления».
В результате исследований группе разработчиков удалось увеличить разделительную способность такой мембраны на 2 порядка. В настоящее время коллектив проводит лабораторные тесты полученных образцов.
