.jpg)
Российские ученые создали катализатор для производства водорода. Он показал двукратное превосходство над существующими аналогами. Новая разработка позволит создавать компактные комплексы для заправки водородным топливом по всей стране. Это может стать значимым шагом к развитию экологически чистой энергетической инфраструктуры на основе водорода. Однако, по мнению экспертов, для реализации этого проекта необходима государственная поддержка.
Ученые Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ имени В. И. Ульянова создали специальный катализатор в виде гранул для улучшения реакции получения водорода из природного газа в малых реакторах. Новый материал позволит выпускать компактные установки, способные работать автономно.
Разработка предназначена для применения на мобильных и стационарных водородных заправочных станциях, которые будут производить топливо непосредственно на месте его использования. По мнению ученых, это может стать основой для создания в России сети водородных заправочных станций.
Водород считается одним из наиболее перспективных энергоносителей будущего. Его можно получать различными способами, хранить в разных формах и эффективно преобразовывать обратно в энергию. Однако внедрение таких технологий сдерживают высокая стоимость оборудования, требования к безопасности и долговечности материалов.
В промышленности водород обычно получают на крупных предприятиях, где используют дорогие катализаторы и сложную инфраструктуру. При этом для России с ее огромной территорией, развитой газотранспортной сетью и разрозненными потребителями больше подходят небольшие производства, размещенные непосредственно в местах потребления. Под такие параметры и был создан новый катализатор.
Ученые работали над проектом мобильных заправочных станций размером со стандартный контейнер. Такие устройства можно привезти, подключить к магистральному газопроводу и запустить процесс получения водорода. Сердцем такой станции служит установка для получения водорода высотой с человеческий рост. Катализаторы в виде больших гранул, которые применяют в промышленных реакторах, для нее не подходят, поэтому были разработаны гранулы размером около 3-5 мм, устойчивые к вредным примесям, которые присутствуют в природном газе. Также материал адаптирован к режимам, когда установка работает днем, а ночью простаивает или эксплуатируется на пониженных оборотах.
Еще одним преимуществом катализатора является отсутствие необходимости в постоянном контроле при долгой работе. Это важно для автономных станций, которые функционируют без оператора.
Ученые последовательно подбирали геометрию гранул, пористость и режимы термообработки, поскольку даже небольшие отклонения этих параметров существенно влияют на кинетику реакции и срок службы катализатора.
Испытания показали, что новый катализатор эффективно работает и не изнашивается в течение длительного времени. По многим показателям он превосходит российские и зарубежные аналоги, которые применяют на больших заводах.
В перспективе разработка позволит развивать водородную инфраструктуру вдоль автотрасс, в промышленных зонах и логистических центрах. Важно, что исследования ученые ведут совместно с предприятиями, которые в будущем начнут изготавливать заправочные комплексы и выпускать гранулы. Такой формат позволяет адаптировать свойства катализатора и параметры реактора под инженерные решения. После создания опытной установки катализатор испытают в реальных условиях.
Развитие водородной энергетики способствует созданию экологически чистого и мощного электротранспорта. Основной интерес представляют водородные автомобили и поезда, но возможны морские и воздушные аналоги таких транспортных средств. Создание водородного транспорта является комплексной задачей, которая объединяет решения по производству, хранению и транспортировке водорода. Несмотря на то, что представленный катализатор позволил сделать важный шаг в этом направлении, еще не решены вопросы в смежных сферах.
Водород позволяет получить высокую энергетическую плотность, которая сопоставима с бензиновыми двигателями. Однако проекты водородной энергетики не получили широкого распространения из-за проблем с безопасностью и отсутствия инфраструктуры. Внедрению такого транспорта должны предшествовать инвестиции, направленные на развитие сетей водородных заправок.
Высокая чувствительность катализаторов к серосодержащим примесям служила преградой для создания компактных установок для получения водорода. Разработка ученых решила проблему начального этапа технологической цепочки и позволила создать более надежный модуль предварительной очистки сырья. Однако внедрение полнофункциональных водородных заправочных станций с локальным производством этого газа требует преодоления целого ряда инженерных и экономических вызовов. Кроме того, капитальные затраты на такие системы остаются высокими, а себестоимость водорода, произведенного на малотоннажной установке, будет существенно превышать стоимость газа крупных централизованных заводов. Поэтому для старта таких проектов важна государственная поддержка. Также требуется разработка нормативных документов, которые регламентируют размещение и эксплуатацию комплексов.
