Российские ученые разработали способ получения водорода, который затрачивает вдвое меньше энергии, чем электролиз

Аватар пользователя Вектор

Химикам УУХ СО РАН удалось в 2 раза сократить энергозатраты на получение водорода с помощью разложения воды.

Российские ученые разработали способ получения водорода, который затрачивает вдвое меньше энергии, чем электролиз

Источник: ФИЦ угля и углехимии СО РАН (Кемерово)

 Ученые ФИЦ угля и углехимии СО РАН (Кемерово) разработали технологию получения водорода окислением частиц алюминия в воде под воздействием лазерного излучения.


Расчеты показали, что эта технология затрачивает в 2 раза меньше энергии, чем классический способ синтеза зеленого водорода - электролиз.
Зеленый водород - самый чистый, его получают методом электролиза, т.е. путем разложения воды на водород и кислород с помощью электрического тока, который используют от возобновляемых источников энергии .

Главный недостаток этой технологии - высокая стоимость.
Удельные затраты электроэнергии на производство водорода достигают 40 кВт·ч/кг.
Во многом из-за этого доля «зеленого» водорода не превышает 5% мирового объема производства.

Технология получения водорода окислением частиц алюминия в воде под воздействием лазерного излучения

H2 tch 23.jpg

Источник фото: ФИЦ угля и углехимии СО РАН

Химикам ФИЦ УУХ СО РАН удалось в 2 раза сократить энергозатраты на получение водорода с помощью разложения воды.
В качестве сырья они использовали суспензию из воды и нанопорошка алюминия, которую облучали лазером.
Водород получался под действием лазерных импульсов (1064 нм, 14 нс, 10 Гц, 0,5–6 Дж/см2) на суспензию, содержащую 0,03 мас. % алюминия (100 нм) в воде.
Наночастицы алюминия поглощают энергию лазера и нагреваются.
В результате нагрева непрерывность оксидной пленки нарушается, и металлический алюминий вступает в реакцию с водой.
Происходит полное превращение алюминия в продукты (гиббсит, бемит, байерит).
Максимальный выход водорода V m = 8,4 мл не зависит от плотности энергии лазерного излучения.
Время достижения V м уменьшается по гиперболическому закону с увеличением плотности энергии лазерного излучения, достигая 3,5 мин при плотности энергии 6 Дж/см2.

Тезисы одного из авторов разработки, научного сотрудника ФИЦ угля и углехимии СО РАН Я. Крафта:

  • преимущество технологии в том, что лазерное излучение поглощается только частицами алюминия, а вода оптически прозрачна;
  • частицы алюминия покрыты оксидной оболочкой - облучение разрушает ее, вода контактирует с металлическим ядром и происходит химическая реакция с выделением водорода;
  • благодаря простоте процесса, выбранным компонентам и инструментам мы можем сократить затраты электроэнергии до 15–17 кВт·ч на 1 кг водорода.

Побочный продукт процесса - оксид алюминия, который можно использовать для производства адсорбентов и керамических материалов, а также в качестве носителя катализаторов.
Технология с учетом выведения на промышленный уровень также может оказаться доступнее электролиза.

  • наш лазер исследовательского класса и характеристики его излучения даже избыточны для промышленного получения водорода данным методом;
  • предлагаемую технологию можно масштабировать, используя доступные коммерческие полупроводниковые лазеры;
  • наши расчеты показывают, что производительность модуля с использованием одного источника лазерного излучения составит 2,5-3 м3/час водорода;
  • если их объединить в кластер, то можно достичь показателей промышленного электролизера, только система получится более компактной и дешевой.

Преимущества новой технологии

  • более выгодна, чем получение водорода путем лазерной абляции металлов, поскольку здесь используются более низкие плотности лазерной энергии при одинаковых скоростях реакции;
  • повышенная плотность энергии позволит получить более высокие скорости реакции при 100% превращении металла в продукты без нагревания всей суспензии;
  • в предлагаемой технологии получения водорода сырье представлено только наночастицами алюминия и водой:
    • водная суспензия наночастиц алюминия не содержит дополнительных химических соединений,
    • легирования наночастиц алюминия или их специальной обработки не требуется,
    • новая технология технически проста,
    • применение недорогих и широко распространенных полупроводниковых лазеров позволит снизить себестоимость производимого водорода,
    • в состав продуктов реакции входит не только водород, но и наноструктурированные частицы гидроксида алюминия. Эти продукты, полученные при нагревании гидроксида алюминия, могут значительно компенсировать стоимость исходного материала.

 Недостатки технологии: 

  • сложное масштабирование технологического процесса.

 В ближайшее время ученые планируют снизить стоимость получаемого водорода, заменив наночастицы на отходы металлообработки - алюминиевые опилки и стружки.
Это будет переработка вторичного сырья, которая ускорит внедрение технологии.
 

ФИЦ угля и углехимии СО РАН

.

Авторство: 
Копия чужих материалов
Комментарий автора: 

Теперь понятно зачем создали движуху за зеленый водород. Хотят черпать воду из океана и производить водород. 

Комментарии

Аватар пользователя Assert
Assert(8 лет 7 месяцев)

А ничего, что для получения алюминия надо то же кучу энергии потратить? Он как бы в виде оксидов в природе находится. Стружки, это смешно. Очень сомнительная технология. 

Аватар пользователя СибВатник
СибВатник(7 лет 9 месяцев)

Тоже улыбнуло, похоже они решили напрочь игнорировать дикие энергозатраты на получение алюминия, "берем со склада алюминий и ..."

Аватар пользователя просто пользователь

Там нужен не просто алюминий, а

сырье представлено только наночастицами алюминия

производство этих наночастиц само по себе очень энергоёмко. Причём они могут самопроизвольно воспламениться на воздухе.

Аватар пользователя СибВатник
СибВатник(7 лет 9 месяцев)

Сова не тактик, сова стратег (с)

Аватар пользователя Pavel_V
Pavel_V(11 лет 7 месяцев)

Тогда бы уж брали алюминиевую фольгу и в воде лазером оксидную пленку снимали. Без всяких нанотехнологий. Очередная нанохрень. Последователи рыжего жулика продолжают рыжее дело.

Аватар пользователя akk
akk(4 года 5 месяцев)

Ну тогда проще вспомнить классический опыт с амальгамой на поверхности алюминия и забыть про лазер.

или блин просто кинуть кусок люминя в крепкую щелочь - даже амальгама не нужна, щелочь проест эти оксиды.

Аватар пользователя Pavel_V
Pavel_V(11 лет 7 месяцев)

Какой это технический прорыв без лазера?smile3.gif

Аватар пользователя АЧТ
АЧТ(7 лет 7 месяцев)

Эт да. Дробить оксид алюминия лазером на поверхности наночастиц - лютая хрень. 

Но диссертабельна, да. 

Аватар пользователя Pol
Pol(9 лет 5 месяцев)

А если брать из отходов алюминиевого производства? Которые либо на переплавку (продолжая затрачивать энергию), либо на производство водорода...

Так что затратней?

Аватар пользователя СибВатник
СибВатник(7 лет 9 месяцев)

А часто вы видите чтобы алюминий на улицах валялся бесхозным ?

С ломом цветмета сейчас напряжно, это не советские времена. Организовывать массовое производство  водорода (миллиарды кубометров) в расчете на то что бомжи станут тащить провода срезанные с ЛЭП ... Ну такое себе.

Аватар пользователя Pavel_V
Pavel_V(11 лет 7 месяцев)

Ну увеличится цена приема алюминиевого лома. Понесут старые алюминиевые провода на водородные фермы. Надолго хватит?

Аватар пользователя СибВатник
СибВатник(7 лет 9 месяцев)

Старые алюминиевые провода ?

Где такие дают ?

И нет, не надолго, миллиарды кубов водорода это миллиарды кубов.

Аватар пользователя Ratatosk
Ratatosk(5 лет 10 месяцев)

"Старые алюминиевые провода"
Бесхозные валяются вблизи солнечных батарей.. Это уже даже японские бомжи знают! 
Правда могут оказаться медными, но медь можно продать и купить алюминий сразу в наноформе или даже водород в металлической. 

Аватар пользователя СибВатник
СибВатник(7 лет 9 месяцев)

Т.е. энергозатраты на выплавку алюминия для проводов, затем энергозатраты на переработку

Нобелевку сим "ученым".

Аватар пользователя АЧТ
АЧТ(7 лет 7 месяцев)

Шнобелевку! 

Аватар пользователя DMatrix
DMatrix(8 лет 5 месяцев)

Так замкнутый глиняный цикл.

Сначала из глины делаем алюминий, потом из алюминия - водород и глину.

Аватар пользователя senbonzakura
senbonzakura(6 лет 3 месяца)

Так там же алюминий не расходуется, это как один раз купил кипятильник опустил в воду - и кипятишь постоянно.

Аватар пользователя Хара-Хото
Хара-Хото(2 года 12 месяцев)

Так там же алюминий не расходуется

Ой, не факт!

Аватар пользователя marcusvii
marcusvii(3 года 4 месяца)

Расходуется - алюминий окисляется отбирая кислород у воды, остается водород.

Аватар пользователя Intel4004
Intel4004(11 лет 10 месяцев)

В результате нагрева непрерывность оксидной пленки нарушается, и металлический алюминий вступает в реакцию с водой.

Вообще-то я в детстве получал водород таким-же способом, но энергия при этом не тратилась, а вырабатывалась.

Суем алюминий в раствор сульфата меди (медный купорос). Сульфат меди съедает оксидную пленку, вода реагирует с алюминием, водород выделяется, банка нагревается.

Т.ч. или это новость с панорамы, или фантазии журналистов, или феерический распил в УУХ СО РАН.

Аватар пользователя jaff_13
jaff_13(11 лет 8 месяцев)

Суем алюминий в раствор сульфата меди (медный купорос). 

можно еще амальгаму сделать - поцарапать люмень в ртути. Тоже приводит к похожим последствиям.

Аватар пользователя Intel4004
Intel4004(11 лет 10 месяцев)

Для надувания шариков этот техпроцесс непригоден. Нужен герметичный сосуд, в котором происходит реакция, накапливается давление и надувается шарик. Царапать ляминь в герметично закрытой банке проблематично. Ну и с доставаемостью ртути в детстве проблемы.

ps. Хотя ртуть у меня тоже была, четверть литра где-то. Но что с ней делать, кроме как шарики по столу гонять мы так и не придумали...

Аватар пользователя jaff_13
jaff_13(11 лет 8 месяцев)

 Царапать ляминь в герметично закрытой банке проблематично. 

это отдельные стадии - царапать люмень и разлагать воду. 

После того, как люмень поцарапан и в царапинах образовалась амальгама, ок кладется в воду - уже без всякой ртути. Люмень из амальгамы реагирует с водой, образовавшийся оксид отслаивается, как пушонка, образовавшаяся чистая ртуть тут же образовывает амальгаму с подстилающим люминем. И так - пока люмень не кончится.

Хотя ртуть у меня тоже была, четверть литра где-то. 

в детстве ртутью не баловался, слава богу. 

На физфаке застал ртутные диффузионные насосы, там эта ртуть была литрами.

Хотя - вспоминаю, в детстве медные монеты "серебрили" с помощью Hg(No3)2. Хватали эти монеты руками,  идиоты...

Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

алюминий - один из потенциальных энергоносителей будущего. он обеспечивает одну из самых высоких Энергетических плотностей при минимальной сложности преобразования..... 

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя BarBoss
BarBoss(9 лет 7 месяцев)

В мире чудесных энергоносителей как грязи. Алюминий, водород, углеводороды из нефти и газа... Вопрос не в чем носить, а что. Где брать энергию, чтоб получить водород, алюминий, изооктан и прочая и прочая...

Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 5 месяцев)

вот вопрос как раз  В ЧЕМ хранить.

никто не мешает закатать кусок Сахары в Черный Бетон и снимать почти Тераватт тепловой энергии - проблема в том что там нет Потребителей кто готов Купить Эту энергию - а везти дальше 3000км уже не выгодно.....

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя master0986
master0986(1 год 7 месяцев)

Недавно Стэнли Мейер предлагал очень дешевый метод (в 300 раз дешевле традиционного) получения энергии из обычной воды методом импульсного разложения. Мейер долго разъезжал на своём автомобиле, заправляемом водой. Казалось бы, достижение, достойное нобелевской премии. Однако нобелевку ему не дали, но зато убили :)  На сегодняшний день это - самая перспективная, самая дешевая и самая чистая технология получения энергии. Всё подробно описано и имеется в открытом доступе. Некоторые и в США, и у нас, её успешно повторили. Нечто похожее предлагала и яп. компания Genepax, однако быстро разорилась. Видимо, пока человечеству это не нужно. Если нужен непосредственно сам водород, то из полученной смеси с кислородом его легко выделить, пропустив, например, через пластмассовую перегородку. Водород имеет самую высокую газопроницаемость из всех известных веществ и легко через неё пройдёт, в то время, как кислород задержится. Осталось это доработать и внедрить на государственном уровне. При таком громадном количестве воды на планете, не потребуется больше сжигать ни углеводороды, ни уголь, ни уран в паровых котлах…

P.S. 500 паровых котлов/АЭС могут взорваться одновременно и уничтожить всё живое: https://disk.yandex.ru/i/gT6ud_oozv0tiQ

Комментарий администрации:  
*** отключен (ссылочный спам) ***
Аватар пользователя akk
akk(4 года 5 месяцев)

Для многих эфирщиков-кефирщиков это ожидаемый исход бизнеса. Бизнес-план там обычно сводится к "продать нерабочую херню богатому дурачку", но проблема в том, что обычно богатые дурачки весьма злопамятны.

Аватар пользователя master0986
master0986(1 год 7 месяцев)

Грамотные люди способны разобраться в документации, повторить и использовать гениальное изобретение Стэнли Мейера (например, https://www.youtube.com/watch?v=LQVtYkWvzdo  https://vk.com/video191901208_456239020 и масса других...)

А на что способен невежда? Кстати, невежество - самый главный грех, от невежества проистекают все остальные грехи двуногого… Когда двуногий не знает, что сказать по существу, он использует любую стандартную глупость из окружающего стада - см. “История двуногих” https://vk.com/wall468692283_149

P.S. 500 паровых котлов/АЭС могут взорваться одновременно и уничтожить всё живое: https://disk.yandex.ru/i/gT6ud_oozv0tiQ

Комментарий администрации:  
*** отключен (ссылочный спам) ***
Аватар пользователя BarBoss
BarBoss(9 лет 7 месяцев)

Вот читаешь такую ахинею, понимаешь, что опровергать и объяснять что-либо абсолютно бесполезно и такая тоска и безнадёга берёт от человеческой тупости...

Аватар пользователя АЧТ
АЧТ(7 лет 7 месяцев)

Если нужен непосредственно сам водород, то из полученной смеси с кислородом его легко выделить, пропустив, например, через пластмассовую перегородку. Водород имеет самую высокую газопроницаемость

Вот даже не знаю что вам сказать. Для того, что бы сепарировать водород с кислородом в воде, соединение нужно разложить на составляющие затратив дофига энергии. 

И да, сам процесс разделения водорода с кислородом, тоже энергозатратный. Давление там создать, то се. 

Почитайте учебник физики с 7-го класса. И мир заиграет перед вами новыми, доселе недоступными гранями. 

А ваши соратники и умнейшие люди страны, которых никто не понимает, окажутся вдруг обыкновенными дебилами. 

Аватар пользователя Stan Miller
Stan Miller(3 года 8 месяцев)

Прямо с языка сняли. smile455.gif

Так-то в общую стоимость надо еще получение наночастиц алюминия закладывать. А производство алюминия ну очень энергоемко.

Аватар пользователя borbacuca
borbacuca(4 года 5 дней)

а если учитывать энергию затраченную на получение алюминия, получится ещё болеее затратно чем электролиз

Аватар пользователя Вектор
Вектор(3 года 6 месяцев)

Я так понимаю это необходимые затраты. Может слышали западные ученые кричат , что лет через пятьдесят побережья Нидерландов и прочие затопяться . Вот хотят совместить черпание воды из океана , и отведение угрозы. Но как сделать это ещё экономически выгодно , вот и придумали зеленый водород. Черпаем воду , производим водород .

Аватар пользователя СибВатник
СибВатник(7 лет 9 месяцев)

Неа, версия не рабочая. Потому что сгорание водорода дает воду взад.

Горение это окисление. Если водород (H) окисляется, т.е. вступает в реакцию с кислородом (О), то что мы имеем в итоге ? Опс, внезапно, H2O

Аватар пользователя перелётная флора

Эту реакцию надо проводить в замкнутом объеме, там тогда не только горение, а и детонацию пройдёт. О, там ещё люминий - калорийная реакция получается. 

Аватар пользователя zhsale
zhsale(8 лет 6 месяцев)

С научной точки зрения водородная энергетика РЕДКИЙ идиотизм. Сначала получить эл.энергию за счет сжигания углерод содержащего сырья (т.е. выделить СО2 ) С КПД не выше 40%. А затем эл.энергию превратить в водород с низким КПД (снова потери исходных ресурсов). В конце снова сжечь полученный водород и опять с понижающим КПД.

В сумме результатов водородной энергетики появились ДОПОЛНИТЕЛЬНО два энергетических процесса в потерей КПД. Эта потеря КПД вызывает ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ сжигание углеродного сырья. Что в конечном итоге приводит к росту выбросов СО2 . 

Использование водорода увеличивает выбросы СО2

Только ядерная  и возобновляемая энергетика не вызывает роста  СО2.

 Совсем непонятно, почему на АШе обсуждают эту западенскую дуриловку?

Наверное в РФ отсутствуют иные не решенные жизненные проблемы, а мозги занять чем то хочется - ну прям свербит.

Комментарий администрации:  
*** Наш главный враг не запад, а мы сами со своим поганым жизненным укладом ***
Аватар пользователя kokunov
kokunov(12 лет 3 месяца)

Я бы еще добавил в начало вашего поста эту фразу:

Водородная энергетика - это не зеленая энергетика, а прямо противоположная по своему воздействию на природу.

Ну и еще бы добавил, что в результате этой "зеленой водородной энергетики" получится тот же водяной пар, вклад которого в парниковый эффект оценивается минимум в 60% (я думаю несколько больше, бггг так как влажность атмосферы по климатическим зонам ооочень сильно разнится). И, кстати говоря, ни в одном источнике, по крайней мере в общедоступных гражданских, в вы этого не найдете, как и не обращают в этих источниках на содержание в атмосфере этих парниковых газов, ну что б для масштаба понимания эффекта...

Аватар пользователя zhsale
zhsale(8 лет 6 месяцев)

Правильно

Комментарий администрации:  
*** Наш главный враг не запад, а мы сами со своим поганым жизненным укладом ***
Аватар пользователя Arsen NonLupin
Arsen NonLupin(6 лет 2 месяца)

А вот я бы не согласился. В кислородных средах водородное топливо является идеальным заменителем как ископаемого топлива, так и всякого рода аккумуляторов (современного образца). Все вышесказанное справедливо при наличии дешевого источника энергии для гидролиза - либо термоядерного, либо гравитационного (ГЭС хотя бы), либо солнечного (орбитальный коллектор как минимум).

Просто снабдить самобеглые и самолетные повозки атомными, либо термоядерными - по массе и безопасности не выйдет. Аккумуляторы неизбежно влекут 3 проблемы - постоянной массы, деградации аккумулятора и времени заряда. Водород все 3 проблемы снимает напрочь. На выходе дает ту же воду.

Проблема одна - источник дешевой энергии. Разрешится - все станет кататься на водороде в кислородных атмосферах.

Аватар пользователя zhsale
zhsale(8 лет 6 месяцев)

А вот я бы не со­гла­сил­ся

Не прочли до конца мой камент -там это затрагивается

Комментарий администрации:  
*** Наш главный враг не запад, а мы сами со своим поганым жизненным укладом ***
Аватар пользователя neznayka
neznayka(8 лет 1 месяц)

у чела просто клиповое мышление - в мозг за раз больше 160 символов не вмещается

Аватар пользователя Ratatosk
Ratatosk(5 лет 10 месяцев)

А ещё для водорода нужны вкусные и непростые сплавы, температуры и катализаторы. 

Аватар пользователя BDSM
BDSM(6 лет 3 месяца)

0,03 мас. % алюминия (100 нм) в воде.

Аватар пользователя pvz
pvz(9 лет 1 неделя)

- Откуда на Плюке моря? Из них давным-давно луц сделали.

- Извините, что сделали?

- Топливо, скрипач, топливо.

(с) к/ф "Кин-Дза-Дза", 1986 г.

Аватар пользователя Антон Шилов
Антон Шилов(4 года 10 месяцев)

16 кВт/ч и > 18 кВт/ч электроэнергии для производства 1 кг алюминия из глинозема (оксида алюминия), для нормального и рафинированного качества (99,999%)

 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

При молярной масса 27 г/моль по этой формуле нужно 9 кг алюминия для получения 1 кг водорода при выходе реакции 100%

9 кг ал по 16 кВт/ч, плюс приложенные 15-17(16), дадут 160 кВт/ч на 1 кг водорода.

Побочный продукт процесса - оксид алюминия, который можно использовать для производства адсорбентов и керамических материалов, а также в качестве носителя катализаторов.

Можно, но эти модификации гидроксида алюминия(выше именно про ГО говорится с названием модификаций) используют для получения алюминия электролизом, того самого, по 16-18 кВт/ч на кг, правда нужно сначала гидроксиды как следует погреть, сколько кВт еще нужно не знаю.

Сдается мне что автор технологии что-то недоговаривает.

Аватар пользователя просто пользователь

Сдается мне что автор технологии что-то недоговаривает.

О распиле средств и грантов?

Самый выгодный способ производства водорода - из метана. Это используется на химических производствах. Для всех других целей водород не нужен.

Аватар пользователя Акимыч
Акимыч(11 лет 1 месяц)

Ну, не скажите. Нагрев в нейтральной среде, например, керамики. Азот при 600 градусах Цельсия становится агрессивным, вот водород как нейтральную среду и используют.

Как топливо водород очень плох, низшая теплота сгорания в раза три меньше метана.

Аватар пользователя marcusvii
marcusvii(3 года 4 месяца)

Это если по объему только ( лень проверять), по массе водород энергетически как раз рвет метан раза в два.

Аватар пользователя Озерный_Д.
Озерный_Д.(9 лет 2 месяца)

Его и не нужно сжигать в двс

Страницы