Революционная мембрана минимум на 20% снизит цену зеленого водорода

Электролиз — главная статья расходов в производстве зеленого водорода, то есть полученного с помощью чистой энергии. Команда ученых из Южной Кореи совершила серьезный прорыв в создании анионообменной мембраны, которая не только намного дешевле современной протонообменной технологии, но и повышает производительность приблизительно на 20%.

Зеленому водороду прочат большое будущее в новой, возобновляемой энергетике — благодаря высокой плотности он мог бы стать достойной заменой ископаемому топливу или аккумуляторам в ряде отраслей, декарбонизация которых протекает не так быстро, как хотелось бы. Электролиз, или процесс расщепления воды на водород и кислород, требует обычно протонообменной мембраны, в которой анод и катод отделены в электролите фильтром, пропускающим положительно заряженные ионы водорода. Катод вырабатывает газообразный водород, а анод выделяет кислород.

Проблема заключается в материалах. Кислотная среда, необходимая для обмена протонами, обычно требует дорогостоящих металлов вроде платины, рутения или иридия для электродов и титана для разделительных пластин, пишет New Atlas.

В качестве альтернативы существуют анионообменные мембраны, которые пропускают через себя отрицательно заряженные ионы гидроксида. Притягивая их, анод вырабатывает молекулы кислорода и воды, а атомы водорода собирает катод. Такие мембраны могут работать в щелочной среде и поэтому не требуют благородных металлов. Стоимость используемых в них материалов примерно в 3000 раз меньше. К сожалению, эта технология пока не настолько эффективна, как протонообменная, поскольку у нее значительно меньше срок службы.

Ученые из Корейского института науки и техники заявили, что протестировали новую мембрану и электроды и пришли к выводу, что их анионообменная технология превосходит аналоги в шесть раз по производительности и в 10 раз по долговечности. Более того, она на 20% эффективнее, чем современные протонообменные мембраны.

«Созданный материал проявил отличную долговечность в размере свыше 1000 часов работы и достиг нового рекорда производительности 7,68 А/см2. Это примерно в шесть раз больше, чем у существующих анионообменных материалов и примерно в 1,2 раза больше, чем у дорогой коммерческой протонообменной технологии (6 А/см2).

По оценкам Международного энергетического агентства, стоимость производства зеленого водорода составляет сегодня от $2 до $7 за килограмм в зависимости от региона. Прорыв корейских ученых может снизить эту цену минимум на 20%, а, возможно, и намного значительнее, что приблизит зеленый водород по стоимости получения к голубому, получаемому путем паровой конверсии метана с захватом и удержанием углерода. Сейчас стоимость голубого водорода составляет $1,6 — $2 за килограмм.

Практически все отраслевые эксперты были уверены, что стоимость получения зеленого водорода удастся снизить до уровня выработки голубого не ранее начала 2040-х годов, то есть через 20 лет.

Для производства водородного топлива скоро можно будет использовать совокупную энергию солнца, ветра и моря, считают американские ученые. Они интегрировали технологию очистки воды в электролизер для морской воды, который с помощью электрического тока расщепляет молекулы на водород и кислород.