Знайдений економічно виправданий спосіб отримання водню

Воднева енергетика стає реальною

Уч # 1105; ні знайшли економічно вигідний спосіб виробництва водню з води в довільних кількостях. Вони змусили алюміній вступати в реакцію з водою, навчившись рятувати його за допомогою спеціального сплаву від захисної оксидної пл # 1105; нки. Відновлювати метал з оксиду вигідніше, ніж з алюмінієвої руди.

Поки весь світ розробляє паливні елементи і говорить про водневій енергетиці майбутнього, скептики не втомлюються повторювати, що до сих пір у людства не існує дешевого способу отримання водню. Сучасним методом отримання є електроліз води, однак для його здійснення в глобальних масштабах буде потрібно безліч електрики.

Основні надії людство покладає на проект термоядерного синтезу, який повинен відкрити людям невичерпне джерело енергії, однак прогнозувати дату вступу першого токамака в лад до сих пір ніхто не береться. Крім того, вчені намагаються пристосувати бактерії для вироблення водню з харчових і промислових відходів, а ще намагаються імітувати процес фотосинтезу. розділяє воду на водень і кисень в рослинах. Всі ці методи поки ще дуже далекі від промислової реалізації.

Американські вчені, схоже, навчилися отримувати водень у великих кількостях при реакції алюмінію з водою.

Розробники з Університету Пердью створили новий сплав металів, збагачений алюмінієм, який може бути досить ефективний в процесі вироблення водню. Використання цього сплаву, крім іншого, економічно виправдано, і такий метод може вже незабаром скласти конкуренцію сучасним видам палива, що використовуються в транспортній та енергетичній індустрії.

Як каже Джеррі Вудолл, професор університету і ініціатор робіт, його інновація може знайти застосування в усіх сферах - як у мобільних пристроях для вироблення енергії, так і в великих промислових установках.

Новий сплав на 95% складається з алюмінію, а на решту 5% - зі складного сплаву галію, індію та олова. Хоча галій і є дуже рідкісним і дорогим елементом, його кількості в сплаві настільки малі, що вартість сплаву, і особливо вартість його експлуатації, може бути комерційно вигідною.
При внесенні цього сплаву в воду алюміній вступає в реакцію окислення, в результаті якої виділяється водень і теплова енергія, а алюміній переходить в форму оксиду.
2Al + 3H2 O -> 3H2 + Al2 O3 + Q

Зі шкільного курсу хімії кожному повинно бути відомо, що алюміній - надзвичайно активний метал і легко вступає в реакцію з водою, вивільняючи водень в ході власного окислення. Однак використання алюмінію в побуті, і особливо в якості посуду для приготування їжі, абсолютно безпечно, так як на поверхні алюмінію завжди є найтонша, але дуже міцна і інертна оксидна плівка Al2 O3. через яку змусити алюміній вступити в реакцію з водою не так вже й легко.

Сплав індію, галію і олова є критичним компонентом для технології Вудолл: він перешкоджає утворенню цієї оксидної плівки і дозволяє алюмінію кількісно вступити в реакцію з водою.

Крім водню цінним продуктом реакції є і теплова енергія, яка також може бути використана. Оксид алюмінію і більш інертний сплав галію, індію та олова може бути згодом відновлений в ході відомого промислового процесу, таким чином, замкнутий цикл може знизити вартість вироблення енергії, в перерахунку на вітчизняні гроші, до менш ніж 2 рублів за кіловат-годину.

Заслуга хіміків-технологів в тому, що вони не тільки змогли виконати титанічну роботу по підбору хімічного складу алюмінієвого сплаву, а й навчилися контролювати його мікроструктуру, яка і є ключем до функционализации матеріалу.

Справа в тому, що суміш металів при затвердінні не формує однорідного твердого розчину через відмінності в будові кристалічних решіток металів, крім того, що формується сплав має досить низьку температуру плавлення. В результаті кінцевий сплав формується при охолодженні з розплаву у вигляді суміші двох незалежних фаз - алюмінію і сплаву галію, індію та олова, вкраплених в товщу матеріалу у вигляді мікроскопічних кристаллитов.

Саме така двухфазная композиція і визначає здатність алюмінію в даному сплаві вступати в реакцію з водою при нормальних умовах, а тому є критичною для всієї технології.

Крім того, як виявилося, цей матеріал може бути отриманий в двох різних формах в залежності від способу охолодження розплавленої суміші металів. Судячи з усього, при швидкому охолодженні (загартуванню) кристалічна структура розчину не встигає перебудуватися, в результаті чого зразок на виході виходить практично однофазним. Сплав Вудолл в такій формі не вступає в реакцію з водою до тих пір, поки не буде змочений розплавленої сумішшю галію, індію та олова.

Однак виявивши здатність такого самочинного матеріалу вступати в реакцію з водою при нормальних умовах, вчені неабияк надихнулися і через деякий час виявили здатність розплаву, збагаченого алюмінієм, кристалізуватися при повільному охолодженні в двофазної формі. Такий матеріал здатний вступати в реакцію з водою вже без участі рідкого сплаву галію, індію та олова. Як вважають вчені, визначальним фактором у перешкоджанні для утворення плівки оксиду на поверхні матеріалу є мікроструктура матеріалів на поверхні розділу між двома фазами, що утворюють матеріал.

В даний момент вчені стурбовані технологічним завданням брикетування свого сплаву для підвищення зручності його використання. Так, брусочек алюмінієвого сплаву може бути поміщений в реактор, розміри якого визначаються необхідною кількістю водню, і видати рівно стільки водню, скільки потрібно в тому місці і в той час, коли це необхідно. Така технологія, за умови доведення до логічного кінця, зніме ще дві нагальні проблеми водневої енергетики (крім власне отримання водню з води), а саме, зберігання водню та його транспортування.
Сплав індію, галію і олова є інертним компонентом і не бере участі в реакції, так що після закінчення реакції може бути використаний заново практично без втрат.

Оксид алюмінію також є дуже зручною субстанцією для проведення його електрохімічного відновлення відповідно до процесом Холла-Еру, повсюдно використовується в алюмінієвій промисловості в даний час:
2Al2 O3 + 3С = 4Al + 3CO2
За словами уч # 1105; них, відновлення алюмінію з оксиду, що виходить при виробництві водню, навіть дешевше, ніж його стандартне виробництво з бокситів, хоча повний цикл з алюмінію в алюміній, зрозуміло, витратний - вічний двигун уч # 1105; ні створювати не збиралися .

В принципі, для впровадження технології Вудолл, поки ще не описаної в наукових публікаціях, не потрібно нових інновацій - необхідно лише налагодити інфраструктуру доставки сплаву до кінцевого споживача і організувати процес його відновлення з використанням добре освоєних промисловістю методів отримання металевого алюмінію.

Алюміній є найпоширенішим металом на Землі. Крім того, побічним продуктом розробки бокситний руд - мінералів, що містять алюміній, є якраз галій - найцінніший компонент сплаву Вудолл.

Сам вчений, нагороджений в минулому вищою нагородою в області технології в США, відзначає поряд з проблемами чисто економічного характеру і необхідність проведення додаткових експериментів по впливу складу і особливо мікроструктури на поверхні розділу фаз в новому матеріалі на його властивості. Такі роботи цілком можуть дозволити в майбутньому перейти до використання більш дешевих і доступних металів, ніж галій.