Водородната енергетика става реалност

Метанолова горивна клетка, която преобразува химичната енергия на окисляването на дадено гориво в електрическа енергия. Снимка: НАСА

Учените намериха икономически изгоден начин за производство на водород от вода в неограничени количества. Те успяха да накарат алуминия да влезе в реакция с водата с помощта на специална сплав, без да образува предпазния оксиден пласт. А и възстановяването на метала от оксид е по-изгодно, отколкото да се произвежда от алуминиева руда.

Докато целият свят разработва горивни клетки и говори за водородната енергетика на бъдещето, скептиците не спират да повтарят, че досега човечеството не може да изобрети евтин начин за добиване на водород. Съвременният метод за получаването му е електролизата на вода, но за осъществяването й в глобален мащаб ще е необходимо гигантско количество електричество.

Човечеството възлага основните си надежди на проект за термоядрен синтез, който трябва да предостави на хората неизчерпаем източник на енергия, въпреки че никой не се наема да предвиди датата на влизане в действие на подобен токамак (експериментално устройство с форма на геврек, в което се създава и удържа термоядрена плазма). Освен това учените се опитват да приспособят бактерии за производство на водород от хранителни и промишлени отпадъци, а също така да имитират процеса на фотосинтеза, при който водата в растенията се разделя на водород и кислород. Всички тези методи обаче засега са много далеч от промишлената реализация.

Но изглежда американските учени успяха да получат водород в големи количества при реакция на алуминий с вода. Експериментаторите от Университета „Пърдю“ са създали нова сплав от метали, обогатена с алуминий, която се оказала крайно ефективна в процеса на производство на водород. Използването й освен всичко се оказало и икономически изгодно, затова скоро методът може да се окаже конкуренция на съвременните горива, използвани в транспортната и енергийната индустрия.

По думите на Джери Удол, професор в университета и инициатор на експеримента, откритието може да намери приложение във всички сфери – както в мобилни устройства за производство на енергия, така и в големите промишлени предприятия.
95 процента от новата сплав се състои от алуминий, а останалите 5 процента – от сложна сплав от галий, индий и олово. Въпреки че галият е доста рядък и скъп елемент, съдържанието му в сплавта е толкова ниско, че себестойността й и цената на експлоатацията й се оказват финансово изгодни.

При контакта на сплавта с водата алуминият започва да се окислява, като в резултат се отделя водород и топлинна енергия, а алуминият се превръща в оксид.

Схема на процеса на електролиза, при който се отделя енергия. Много учени считат, че така ще се добива горивото на бъдещето на планетата. Снимка: лента.ру

От часовете по химия в училище всеки знае, че алуминият е извънредно активен метал, който лесно влиза в реакция с вода, като в процеса на окисляване освобождава водород. Използването му в бита обаче, и особено под формата на съдове за храна, е абсолютно безопасно, защото на повърхността му винаги се образува много тънък, но и доста здрав инертен оксиден пласт, заради който съвсем не е лесно да накараш алуминия да влезе в реакция с водата. Сплавта от индий, галий и олово се явява най-значимият компонент в технологията на проф. Удол: тя пречи на образуването на оксидния пласт и позволява на алуминия свободно да влезе в реакция с водата.

При реакцията освен водород се отделя и друг ценен продукт – топлинна енергия, която също може да бъде използвана. Впоследствие алуминиевият оксид и по-инертната сплав от галий, индий и олово могат да бъдат възстановени и стойността на произведената енергия в затворения цикъл пада до по-малко от 0,08 долара за киловатчас.

Заслугата на химиците-технолози се състои в това, че те успяха не само да извършат титанична работа при подбора на химическия състав на алуминиевата сплав, но и да контролират микроструктурата й, което се явява и ключът към функционирането на материала. Основното е, че при смесването си металите не образуват еднороден твърд материал, което се дължи на различията в строежа на кристалните им решетки. Освен това образуващата се сплав има сравнително ниска температура на топене. В резултат крайната сплав се формира при охлаждането на стопения метал под формата на смес от две независими фази (фаза – система, която е еднородна по химичен състав и физични свойства) – алуминий и сплавта на галий, индий и олово, натрупани под формата на микроскопични кристалити. Именно двете фази определят способността на алуминия във въпросната сплав да влиза в реакция с водата при нормални условия, което се явява съществено и за цялата технология.

Реактор за плазмена електролиза в Краснодар. Симка: лента.ру

Освен това се оказва, че въпросният материал може да бъде получен в две различни форми, в зависимост от начина на охлаждане на стопената смес от метали. При бързо охлаждане кристалната структура на разтвора не успява да се пренареди и сплавта накрая на практика е еднофазна. А сплавта на Удол не влиза в реакция с водата докато сместа от галий, индий и олово не бъде намокрена.

Откривайки способността на въпросния материал да влиза в реакция с водата при нормални условия, учените се въодушевиха и след известно време констатираха способността на сплавта, обогатена с алуминий, да кристализира и при бавно охлаждане под формата на две фази. Така материалът може да влиза в реакция с водата без участието на течната сплав от галий, индий и олово. И както твърдят учените, определящ фактор срещу образуването на пласта окис на повърхността му се явява микроструктурата между двете фази, които го образуват.

Сега учените се борят със задачата да “опаковат” сплавта така, че да е по-лесна за използване. Така блокчета от алуминиевата сплав може да се вкарват в реактор, чиито размери ще се определят от необходимото количество водород. При това ще се отделя точно толкова водород, колкото е необходимо на даденото място и време. Подобна технология на бъдещето ще реши два от най-съществените проблеми на водородната енергетика – съхранението на водорода и транспортирането му. Сплавта от индий, галий и олово е инертен компонент и не участва в реакцията, затова след края й може да бъде използвана отново без никакви загуби.

Здраве, Наука & Tex
Коментарите под статиите са спрени от 2014 г., заради противоречиви решения на Европейския съд, който в един случай присъди отговорност за тях на стопаните на сайта, после излезе с противоположно становище. В e-vestnik.bg нямаме капацитет да следим и коментари на читатели. Обект сме на съдебни претенции заради статии, имали сме по няколко дела с искове за по 50-100 хил. лева. Заради което приемаме дарения за сайта (виж тук повече), чиито единствени приходи са от рекламни банери.