Новые уникальные системы позволят получить «зеленый» водород, как устойчивый и возобновляемый источник энергии, а также откроют возможности для очистки азотных отходов в воде.
Сегодня зеленый водород получают с помощью электролиза при расщеплении воды на кислород и водород. Это многообещающая технология, но процесс достаточно энергоемкий и намного дороже по сравнению с извлечением водорода из ископаемого топлива.
В отличие от воды, система электролиза, которая генерирует водород из мочевины, потребляет значительно меньше энергии. Несмотря на это преимущество, существующие системы имеют ряд недостатков, таких как небольшое количество водорода, которое можно при этом извлечь и образование нежелательных азотистых побочных токсичных продуктов (нитратов и нитритов).
Исследователи из Австралийского исследовательского Центра передового опыта в области углеродной науки и инноваций (COE-CSI) и Университета Аделаиды разработали две системы электролиза на основе мочевины, которые решают эти проблемы и могут генерировать зеленый водород, который по стоимости сопоставим или даже дешевле стоимости производства серого водорода из ископаемых источников.
Исследования были опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition и Nature Communications. Кандидат на получение степени доктора наук Синьтун Гао автор статьи в Angewandte Chemie International Edition и входит в команду университета во главе с главным исследователем COE-CSI профессором Яо Чжэном и профессором Шичжаном Цяо, заместителем директора и главным исследователем COE-CSI, которые представляют Школу химической инженерии.
Получение водорода из чистой мочевины не является чем-то новым, но команда нашла более доступный и экономически эффективный процесс, который использует мочу в качестве замены чистой мочевине. «Хотя мы пока не решили все проблемы, но предположительно наши системы будут производить безвредный азотный газ вместо токсичных нитратов и нитритов, и любая из систем будет потреблять на 20–27 процентов меньше электроэнергии, чем системы расщепления воды, — говорит профессор Чжэн. — Нам нужно снизить стоимость производства водорода, но углеродно-нейтральным способом, тогда мы решили использовать зеленый источник мочевины — человеческую мочу».
Моча или мочевина могут быть получены из сточных вод с высоким содержанием азотистых отходов. Однако моча в электрокаталитической системе представляет собой другую проблему. Ионы хлорида в моче вызовут реакцию, генерирующую хлор, который вызывает необратимую коррозию анода системы, где происходит окисление.
«В первой системе мы разработали инновационную и высокоэффективную систему электролиза мочевины без мембраны для недорогого производства водорода. Во второй системе мы разработали новый механизм окисления с участием хлора, который использовал катализаторы на основе платины на углеродных носителях», — говорит профессор Цяо.
Платина — в качестве каталитического материала весьма дорогой металл. Теперь основная задача Центра разработать катализаторы на основе недрагоценных металлов с углеродным носителем для создания систем безмембранной очистки мочи и сточных вод, получая более низкую стоимость зеленого водорода при одновременном восстановлении среды сточных вод.
