Получение водорода электролизом воды / Публикации / Элек.ру
Получение чистого водорода путем электролиза воды — самая очевидная и эффективная технология, и один из наиболее перспективных способов получения альтернативного топлива. Водород добывают из любого водного раствора, а при сгорании он превращается обратно в воду.
По сравнению с прочими методами получения водорода, электролиз воды отличается целым рядом преимуществ. Во-первых, в ход идет доступное сырье — деминерализованная вода и электроэнергия. Во-вторых, во время производства отсутствуют загрязняющие выбросы. В-третьих, процесс целиком автоматизирован. Наконец, на выходе получается достаточно чистый (99,99%) продукт. Из всех методов электролиза наиболее перспективным считают высокотемпературный электролиз (себестоимость водорода от 2,35 до 4,8 $/кг). Его следует иметь на технологическом вооружении, поскольку при определенных экономических условиях он может быть использован в крупнопромышленном масштабе.
Электролизом воды называется физико-химический процесс, при котором под действием постоянного электрического тока дистиллированная вода разлагается на кислород и водород. В результате разделения на части молекул воды, водорода по объему получается вдвое больше, чем кислорода. Эффективность электролиза такова, что из 500 мл воды получается около кубометра обоих газов с затратами около 4 квт/ч электрической энергии.
Технологический ток для протекания процесса электролиза воды для получения водорода и кислорода получается, как правило, при помощи промышленного выпрямителя с необходимыми рабочими параметрами, Обычно это напряжение до 90В и силой тока до 1500 А. Подходящим агрегатом является Пульсар СМАРТ.
На электронном дисплее выпрямителя Пульсар СМАРТ или в специальном ПО для компьютера можно контролировать все стадии процесса производства, что позволяет оператору следить за параметрами, и круглосуточно журналировать протекание технологического процесса. Полностью автоматическая работа, включающая непрерывный мониторинг всех параметров для безаварийного функционирования без надзора оператора. Все параметры, касающиеся напряжения и силы тока постоянно измеряются и контролируются микропроцессором выпрямителя. Более того, все контролируемые параметры фиксируются устройством, которое в случае сбоя или отклонения может автоматически остановить процесс и сигнализирует об этом при помощи световой колонны.
Выпрямители тока серии Пульсар СМАРТ разработаны в соответствии с самыми высокими требованиями промышленной эффективности и международными стандартами. При этом технологическое программное обеспечение допускает гибкую адаптацию к требованиям Заказчика, и постоянно совершенствуется.
Проблема зеленого водорода, о которой никто не говорит
Гигаватт за гигаваттом зеленой водородной мощности планируется построить в Европе, Азии и Австралии. По мнению сторонников этой технологии, зеленый водород — тот, который вырабатывается электролизом на солнечных батареях, ветре и других возобновляемых источниках энергии, — является лучшим способом обезуглероживания тяжелых загрязнителей окружающей среды. Сейчас много говорят о снижении стоимости солнечной и ветровой энергии и о том, как они очень скоро сделают зеленый водород жизнеспособным. Кажется, никто не хочет говорить о воде. Электролиз — это процесс расщепления воды на составляющие элементы — водород и кислород — с помощью электрического тока. Этот процесс осуществляется в установке, называемой электролизером. Когда сторонники водорода говорят о блестящем будущем технологии, они сосредотачиваются на затратах, связанных с электричеством, необходимым для электролиза. Но для электролиза, кроме электричества, нужна вода.
Тонны воды — буквально.
Для производства одной тонны водорода путем электролиза требуется в среднем девять тонн воды. Но чтобы получить эти девять тонн воды, недостаточно просто перенаправить течение ближайшей реки. Вода, которую электролизер расщепляет на составные элементы, требует очистки.
В свою очередь, процесс очистки воды довольно расточителен. Системам очистки воды обычно требуется около двух тонн загрязненной воды для производства одной тонны очищенной воды. Другими словами, на одну тонну водорода на самом деле нужно не девять, а 18 тонн воды. С учетом потерь соотношение приближается к 20 тоннам воды на 1 тонну водорода.
Говоря об очистке воды, химики-органики объясняют, что самый простой способ сделать это — дистиллировать. Этот метод дешев, потому что для него требуется только электричество, но он не быстрый. Что касается стоимости электроэнергии, то для дистилляции литра воды требуется 2,58 мегаджоулей энергии, что в среднем составляет 0,717 кВтч.
На первый взгляд это не так уж и много, но давайте посмотрим, как все выглядит в большем масштабе. Германия — страна с самыми амбициозными планами в отношении зеленого водорода. Стоимость электроэнергии для небытовых потребителей в Германии в прошлом году составляла в среднем 0,19 доллара (0,16 евро) за кВтч. Таким образом, при уровне потребления энергии 0,717 кВтч перегонка литра воды будет стоить 0,14 доллара (0,1147 евро). За тонну воды это будет 135,14 доллара (114,72 евро).
Однако для производства одной тонны водорода для электролиза требуется 18 тонн воды, не считая потерь во время процесса. Это означает, что стоимость очистки воды для производства тонны водорода составит 2432 доллара (2065 евро). Это основано на предположении, что вода будет очищаться самым дешевым из доступных методов. Существуют и другие, гораздо более быстрые, но более дорогие методы с использованием ионообменных смол или молекулярного сита. Другие альтернативы дистилляции, по мнению химиков, на данном этапе ненадежны.
Таким образом, обеспечение правильного типа воды для гидролиза стоит денег, и хотя 2400 долларов за тонну водорода могут показаться не такими уж большими, стоимость очистки воды — не единственные связанные с водой расходы в технологии, которая направлена на получение водорода из возобновляемых источников. Вода, подаваемая в электролизер, не только чистая, но и транспортируется к нему.
Транспортировка тонны за тонной воды к месту установки электролизера означает большие затраты на логистику. Чтобы их сократить, имеет смысл выбрать место, где много воды, например, у реки или моря, или, в качестве альтернативы, рядом с водоочистными сооружениями. Это ограничивает выбор мест, подходящих для крупных электролизеров. Но поскольку электролизер, чтобы быть экологически чистым, должен получать энергию от возобновляемых источников энергии, он также должен располагаться поблизости от солнечной или ветряной электростанции. Их, как мы знаем, невозможно построить где-либо; солнечные фермы наиболее рентабельны в местах с большим количеством солнечного света, а ветряные электростанции лучше всего работают в местах с сильным ветром.
Излишне говорить, что эти места, как правило, не расположены близко к водным путям, за исключением морского ветра, который кажется идеальным для производства зеленого водорода. К сожалению, морской ветер также является наиболее затратной формой из трех возобновляемых источников — солнечной энергии, берегового ветра и морского ветра — обычно упоминаемых в контексте производства зеленого водорода. По данным Rystad Energy, капитальные затраты на оффшорную ферму в два раза выше, чем у ее наземного аналога, и в четыре раза выше, чем затраты на сопоставимую солнечную установку.
Не все затраты, связанные с производством водорода из возобновляемых источников энергии, являются затратами на эти возобновляемые источники энергии. Вода — это товар, в котором нуждается этот процесс, и немного странно, что никто, кажется, не хочет обсуждать стоимость воды.
Возможно, стоимость водоснабжения, хранения и очистки незначительна по сравнению с другими затратами, которые необходимо решить в первую очередь. Тем не менее, это фактические затраты, которые следует добавить к общей сумме при оценке того, насколько далеко продвинулась технология производства водорода из возобновляемой электроэнергии и насколько она стала жизнеспособной.
На данный момент эксперты, похоже, единодушны в том, что это нежизнеспособно — не без значительной государственной поддержки.
Даёшь дешёвый водород. Найден упрощённый способ электролиза воды / Хабр
Схема электролиза без мембраны: два параллельных электрода располагаются на расстоянии в несколько сотен микрометров
Не секрет, что чистый водород — один из наиболее перспективных видов альтернативного топлива. Водород добывают из любого водного раствора, а при сгорании он превращается обратно в воду, что может быть прекраснее?
Проблема только в стоимости добычи водорода. Электролиз воды предполагает, что электроды погружаются в воду, а между ними находится полимерная мембрана. Ток идёт от катода к аноду, а на своём пути он (при помощи катализатора) расщепляет воду на кислород и водород. Полимерная мембрана выполняет важную функцию, разделяя получившиеся газы.
На сегодняшний в качестве мембраны с ионной проводимостью практически повсеместно используется нафион или другой тип мембраны. Но все они отличаются дороговизной и ограниченным сроком службы. К тому, мембраны требуют особых условий проведения электролиза. Например, нафион работает в жидкости только с низкой кислотностью и только с определёнными катализаторами.
Изобретение химиков из EPFL под руководством Деметри Псалтиса (Demetri Psaltis) позволяет избавиться от этих ограничений и намного удешевить электролиз воды.
Они провели ряд экспериментов с микроустройством, размещая электроды на разном расстоянии друг от друга и прогоняя между ними воду на разной скорости. Оказалось, что при определённом расстоянии между электродами H
Причина такого поведения ионов — эффект Сегре-Зильберберга, когда при движении жидкости находящиеся в ней частицы поток уносит в стороны.
Учёные надеются, что им удастся приспособить прибор для работы с любыми видами жидких электролитов и любыми катализаторами, поскольку больше нет риска повреждения хрупкой мембраны. Исчезнут обязательные требования использовать только благородные металлы вроде платины из-за ограничений на кислотность (pH) жидкости.
Если получится масштабировать микроустройство до промышленного образца, то это кардинально снизит стоимость водорода, получаемого при электролизе воды.
Научная работа “A membrane-less electrolyzer for hydrogen production across the pH scale” опубликована в журнале “Energy & Environmental Science”, DOI: 10.1039/C5EE00083A (зеркало).
Электролиз воды в промышленных генераторах водорода
Электролиз
это окислительно-восстановительная реакция, которая протекает только под действием электричества. В промышленных генераторах водорода для получения водорода и кислорода проводят электролиз воды. Для протекания реакции необходимо поместить в электролит два электрода, подключенных к источнику питания постоянного тока:- Анод — электрод к которому подключен положительный проводник;
- Катод — электрод к которому подключен отрицательный проводник.
Электролиз воды
Под действием электрического тока вода разделяется на составляющие ее молекулы: водород и кислород. Отрицательно заряженный катод притягивает катионы водорода а положительно заряженный анод — анионы ОН—.Деминерализованная вода, используемая в промышленных электролизных установках сама по себе является слабым электролитом, поэтому в нее добавляют сильные электролиты для увеличения проводимости электрического тока. Зачастую выбирают электролиты с меньшим катионным потенциалом, чтобы исключить конкуренцию с катионами водорода : KOH или NaOH. Электрохимическая реакция протекающая на электродах выглядит следующим образом:
- Реакция на аноде: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e− — выделение кислорода;
- Реакция на катоде: 2H2O + 2e− → H2 + 2OH− — выделение водорода.
Далее, чтобы получить чистый водород и кислород, требуется разделить газы образующиеся на электродах, и для этого применяют разделительные ионно-обменные мембраны (см. рисунок). Количество получаемого водорода в два раза больше получаемого кислорода и поэтому давление в водородной полости поднимается в два раза быстрее. Для уравнивания давления в полостях применяют уравнивающую давление мембрану на выходе из электролизера, которая предотвращает передавливание водорода в полость кислорода через каналы предназначенные для циркуляции электролита.
Данный метод является наиболее применяемым методом в промышленности и позволяет получать газообразный водород с КПД от 50 до 70% производительностью до 500 м3/час при удельных энергозатратах 4,5-5,5 Н2м3/кВт-ч.
ЭЛЕКТРОЛИЗ НА ТПЭ
В настоящий момент к наиболее эффективным методом разделения можно отнести электролиз с применением твердо-полимерных электролитов на основе перфторированной ионно обменной мембраны.
Данный тип электролизеров позволяет получать водород с КПД до 90% и является наиболее экологичным. Электролизеры с ТПЭ дороже щелочных в 6-7 раз и поэтому пока не получили свое распространение в промышленности.
Ученые научились получать водород из воды — Российская газета
Ученые Стэнфордского университета создали «расщепитель» воды, способный 24 часа в сутки и семь дней в неделю производить из воды водород и кислород. По словам ученых, это своего рода мировой рекорд. Но самое главное, что цена этого водорода намного ниже, чем у всех существующих сегодня электролизеров. Дело в том, что в них применяются дорогие катализаторы — как правило платина и иридий, на которых и протекает реакция электролиза. Кроме этого, электроды находятся в электролитах, разделенных дорогостоящей мембраной, обеспечивающей ионную электрическую проводимость. Словом высокая цена оставалась главным препятствием для водородной революции на транспорте, которую вот уже лет 20 обещают энтузиасты водорода.
Созданный американскими учеными намного дешевле, он сделан из оксида железа-никеля. Электролизер расщепляет воду при потенциале всего в 1,5 вольта, а его эффективность при комнатной температуре имеет беспрецедентное значение — 82 процента.
Ключом к созданию высокоэффективного и простого катализатора стали ионы лития, которые позволили «расколоть» слой оксида железа-никеля на очень мелкие частички. В итоге намного увеличилась площадь поверхности, на которой проходит реакция расщепления воды, и к тому же она стала более активной. «Кроме этого, частички оксида хорошо связаны друг с другом, что обеспечивает высокую электрическую проводимость электрода в целом», — говорит автор разработки профессор И Куи.
Водород уже давно считается одним из самых перспективных видов альтернативного топлива. Но методы получения водорода из воды путем электролиза до последнего времени были экономически не выгодны и, поэтому, не получили широкого распространения. Созданная в Стэнфорде технология может стать бесконечным источником экологически чистого водородного топлива для различных видов транспорта и для промышленных нужд. Профессор Куи уверен, что такие же принципы могут стать основой создания катализаторов, предназначенных для других реакций, нежели электрохимическое расщепление воды на водород и кислород.
Ученые ТПУ разрабатывают электролизер для водородной энергетики
ТОМСК, 10 дек – РИА Томск. Исследователи лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают промышленную установку (электролизер) для получения водорода на АЭС; запуск ее в серийное производство позволит вывести экологически чистую водородную энергетику на новый уровень. Подробности – в материале РИА Томск.
Ранее сообщалось, что водородная энергетика – одно из ведущих направлений по разработке экологически чистых способов получения энергии. Рамочная конвенция ООН, подписанная Россией в 2015 году, предполагает кратное сокращение выбросов углерода при производстве электроэнергии в ближайшее десятилетие. Основными «поставщиками» углекислоты в атмосферу являются объекты традиционной энергетики (ГРЭС и ТЭЦ).
По данным открытых источников, будучи самым распространенным элементом на Земле и в космосе, водород, тем не менее, остается почти невостребованным. Если в 2018 году в мире было добыто 4,4 миллиарда тонн нефти и 3,86 триллиона кубометров природного газа (метана), то объем производства водорода не превышает 70 миллионов тонн, то есть объем его выработки в 6285 раз меньше, чем нефти, и в 5514 раз меньше, чем газа.
© пресс-служба Томского политехнического университета Водород, который сегодня используется в экономике, принято разделять на «серый» – из угля, нефти и газа, «голубой» – на теплоэлектростанциях или АЭС с технологией CCS – и «зеленый» – выделенный из воды (ВИЭ). Согласно недавним исследованиям Wood Mackenzie, сегодня 99% водорода являются «серым» и «голубым», его выработка создает огромный углеродный след, сопоставимый с половиной суммарных выбросов CO2 всей экономикой России, и только 1% водорода считается экологичным «зеленым».Для масштабного перехода к получению энергии от сжигания водорода необходимо разработать технологии его производства, сопоставимые по объемам выпуска с традиционными источниками углеводородов. Однако самый дешевый способ его производства – паровой риформинг (каталитическая конверсия углеводородов – метана, пропан-бутана, бензина, керосина, дизтоплива, угля – в присутствии водяного пара) в ходе реакции создает огромные объемы СО2.
Альтернатива пиролизу
Альтернативным методом получения водорода в промышленных масштабах (а именно такие нужны для запуска водородных электростанций) является электролиз.
Электролиз – это процесс разложения воды под действием постоянного электрического тока на кислород и водород. Химическая реакция идет по схеме: 2Н2O + энергия —> 2h3+O2. Его преимущества: доступное сырье – деминерализованная вода и электроэнергия; отсутствие загрязняющих выбросов; процесс автоматизирован; на выходе получается достаточно чистый (99,99%) продукт. Главный недостаток – получение водорода дороже, чем при риформинге, в 1,5–3 раза.
В такой системе координат в выигрыше оказываются производители электроэнергии высокой мощности, которые могут «вложить» ее в производство высоколиквидного «зеленого» топлива. В России это главным образом атомщики, рассказал РИА Томск главный специалист лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ Виктор Дмитриенко.
© пресс-служба Томского политехнического университета «На атомных станциях себестоимость электроэнергии очень низкая. И мощности, как правило, избыточные. Потому мы сейчас предполагаем, что сможем заключить контракт с Росатомом, который хочет использовать свою дешевую электроэнергию для производства водорода. Это позволит корпорации стать крупнейшим производителем этого экологичного топлива в России», – сказал Дмитриенко.Промышленные установки для получения водорода методом электролиза известны более 60 лет, поясняет ученый. В основном это электролизеры фильтр-прессного типа, которые на выходе позволяют получать водород и кислород.
Широкое распространение они получили в традиционной углеводородной энергетике – их устанавливают на ГРЭС и ТЭЦ, где водород используют для охлаждения турбинных подшипников, неизбежно раскаляющихся от трения. Еще один способ их использования – электролиз цветных металлов из измельченной руды. К примеру, золота. Но для выработки водорода как товарного продукта они не подходят.
«Наша цель – разработать электролизер, который бы обладал улучшенными характеристиками по сравнению с существующими. Соответственно, электролизер фильтр-прессного типа нам не подходит. Мы взяли за основу конструкцию мембранного типа, в которой катодное и анодное пространство разделены ионообменной мембраной», – рассказывает Дмитриенко.
Мембрана особого назначения
Казалось бы, электролиз – доступный и давно известный способ получения водорода из воды. Однако, если применять «школьную» конструкцию электролизера, вместо СО2 неизбежно будет вырабатываться не менее опасный побочный продукт – хлор (CI2), который появляется на аноде.
© предоставлено пресс-службой ТПУ «Представьте, в Красноярске завод «Красцветмет» находится в городской черте. Если применять там электролиз для осаждения цветмета из руды без применения мембраны, будут вырабатываться огромные объемы хлора. Это значит, нужно строить дорогую систему очистки, утилизации, вентиляции. И все равно в жилых районах это будет бомба замедленного действия. Лучше вовсе избежать появления опасных соединений», – утверждает ученый.Большинство имеющихся на рынке мембранных электролизеров разделяют катодную и анодную камеры, в которых происходит электролитическая диссоциация (химическая реакция, вызванная электрическим напряжением в жидком растворе), прокладкой из асбеста. Мембрана, которую используют томские политехники, сложнее.
«На нашей установке, в ходе электролиза, мы будем получать три продукта – водород, чистый медицинский кислород и 40%-ный раствор щелочи (КОН или NaОH). Все три составляющих – это товарные продукты. Но главная наша задача – разработать экономически выгодный электролизер для производства водорода в промышленных масштабах», – подчеркивает Дмитриенко.
От бумаги до железа
В настоящий момент исследователи ведут переговоры с Росатомом для включения своих исследований в программу водородной энергетики, запущенную в госкорпорации.
«У нас есть опыт работы с мембранными электролизерами. Мы уже выполняли работы по заказу «Трансгаза», там наш мембранный электролизер работал над изменением рН-среды. Есть опыт разработки и изготовления различных электролизеров с катионо- и анионообменными мембранами для осаждения золота из продуктивных растворов», – рассказывает Дмитриенко.
© предоставлено лабораторией импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУПромышленный мембранный электролизер для осаждения золота. Разработка ТПУ
За свою историю сотрудники лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ изготовили порядка 20 установок для электролиза. Для нужд «Алданзолото ГРК» политехники изготовили электролизер с анионообменными мембранами, для Дальневосточного федерального университета – опытно-промышленную установку осаждения металлов с катионо- и анионообменными мембранами, а для ООО «Гелиос» – pH-корректор с биполярными мембранами.
Опытной установки для производства водорода, «заточенной» под потребности Росатома, «в железе» пока нет, признает Дмитриенко.
© с сайта ТПУ «Предварительная конструкция у нас уже проработана. Все необходимые чертежи подготовлены. При наличии финансирования собрать опытную установку мы сможем быстро. Финансирование мы планируем получить от Росатома, если попадем в их водородную программу», – отмечает ученый.Не в одиночку
Ранее также сообщалось, что в ноябре 2020 года ТПУ вошел в состав консорциума по развитию водородных технологий, который получил название «Технологическая водородная долина». Помимо ТПУ в консорциум вошли Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский государственный университет.
Участники консорциума будут вести совместные разработки технологий по всей «водородной цепочке»: от получения до использования водорода. Консорциум планирует тесное сотрудничество с крупнейшими компаниями РФ, заинтересованными в развитии водородной энергетики.
Эксперты рассказали о перспективах водородной энергетики в России
Россия может стать лидером по производству «зеленого» водорода, считает генеральный директор Международного солнечного альянса Аджай Матур. В южных регионах страны есть большой ресурсный потенциал для этого, считает эксперт. «Газета.Ru» разбиралась, сможет ли Россия занять место в новой энергетической нише.
Южная часть России имеет огромный потенциал для производства солнечной энергии и «зеленого» водорода, который образуется путем электролиза воды, заявил «РИА Новости» генеральный директор Международного солнечного альянса (ISA) Аджай Матур.
«Эта та сфера, где Россия может стать лидером. Ваши гидроэлектростанции играют центральную роль в мировых достижениях по электролизу воды. Мы хотели бы также перенять этот опыт»,
— сказал Матур.
В России осенью была принята «дорожная карта» по развитию водородной энергетики до 2024 года — первый серьезный документ, поставивший цели развития в этой нише. Сейчас готовится проект Концепции развития водородной энергетики, и согласно ему одно из основных направлений — создание научно-технологической инфраструктуры, на базе которой будет организована разработка отечественных технологий водородной энергетики, в том числе технологий производства, транспортировки и применения водорода, пояснили «Газете.Ru» в пресс-службе Минэнерго.
«В перспективе, ресурсной базой станет как производство водорода из ископаемых видов топлива как наиболее эффективный с экономической точки зрения вариант, так и производство электролизом на базе низкоуглеродной генерации (АЭС, ГЭС, ВИЭ) при подтверждении экономической эффективности. При реализации потенциала Россия имеет возможность занять до 20–25% мирового рынка водорода к 2035 году»,
— считают в ведомстве. Ранее в апреле на заседании итоговой комиссии в Минэнерго замминистра Павел Сорокин озвучивал менее амбициозные планы — занять в 20% от мирового рынка торговли водородом, в пессимистичном сценарии к 2030 году — от 1 до 2 млн тонн, и до 7 млн тонн — в оптимистичном.
Как рассказали в Greenpeace со ссылкой на оценку Международного агентства по возобновляемой энергетике, самый оптимистичный сценарий развития отрасли — рост мирового рынка водорода до 470 млн тонн в год (рынок нефтепродуктов сегодня составляет700 млн тонн в год, но водород при этом в 2-3 раза более энергоемкий). Сегодня Водородный совет (5 крупных автоконцернов) оценивает рынок водорода в 164 млн тонн в год.
Как считают эксперты, водород может стать одним из драйверов зеленой энергетики, хотя как такового мирового рынка пока нет: страны в основном производят его для нужд собственной промышленности и пока только начинают эксперименты по экспорту. Например, Япония начала ввоз «серого» водорода из Австралии и готова покупать этот энергоноситель и у России, считают они.
Также одним из крупных потенциальных импортеров водорода является Евросоюз, который поставил в планах по «Зеленой сделке» (The European Green Deal) достижение углеродной нейтральности к 2050 году, т.е. главным образом переход на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Для этого потребуется, в том числе, водород. Согласно целям программы, доля водородного топлива в энергобалансе ЕС вырастет с текущих менее 2 % до 13–14 % к 2050 году. Как пояснил «Газете.Ru» ведущий эксперт Фонда национальной энергетической безопасности Игорь Юшков, одна из сложностей перехода на ВИЭ — проблемы хранения энергии.
«Ночью ветряк крутится, а потребление низкое — и лишнюю энергию будут использовать для получения водорода методом электролиза, а когда нужно больше энергии (и текущей выработки не хватает), водород обратно переводят в энергию. Европейцы признают, что собственного водорода им не хватит и они будут его импортировать, но никаких параметров у этого будущего рынка пока нет», — говорит Игорь Юшков.
Пока нет каких-то ценовых параметров, «невозможно принять инвестрешение и построить завод на одних обещаниях», подчеркивает эксперт.
Тем не менее, сейчас самое время для поиска самых эффективных технологических решений по получению, транспортировке и применению водорода, считает директор по операционной работе кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково» Олег Перцовский. По его словам, водород может произвести революцию в зеленой энергетике.
«Эта отрасль затрагивает и транспорт, и энергетику, и металлургию, и химию, нефтехимию — не только в плане потребления водорода, но и заказа на материалы и оборудование, которые нужно будет производить. Поскольку все сейчас только присматриваются к ней, у России есть хороший шанс войти в эту новую нишу»,
— говорит Олег Перцовский.
Однако что касается экспорта, то многое будет зависеть от метода получения водорода, и для зарубежных потребителей бесцветный газ будет неизбежно окрашен в разные цвета, говорит эксперт «Сколково».
«Серый» — «ископаемый» водород, получают из метана или угля, это самый технологически «грязный» водород, при производстве которого происходят значительные выбросы парниковых газов. «Голубой» водород также получают из природного газа, но либо с технологией улавливания и последующего использования или захоронения углекислого газа, или с технологией, при которой углекислый газ не выделяется вовсе (пиролиз, пока реализовано только в лабораториях). Именно эти методы сейчас в фокусе внимания «Газпрома», который считает, что «особый интерес представляет возможность производства водорода на территории Дальнего Востока методом парового риформинга с обеспечением улавливания и захоронения диоксида углерода» с последующим экспортом Н2 в страны-потребители (Япония, Южная Корея, Китай)».
«Если учесть, что водород будет заменять в том числе газовую индустрию, у России высвобождаются объемы газа, чтобы производить водород. Поэтому наиболее очевидный вариант для России — производить голубой и серый водород»,
— рассуждает Игорь Юшков.
Еще два цвета — желтый и оранжевый — это водород, добытый из воды при помощи электричества, взятого из общих сетей или выработанного на атомных электростанциях. Этот водород оставляет «низкий углеродный след».
«Атомная энергетика в связи с климатическими историями переживает третье-четвертое рождение, и в этой отрасли предполагается ренессанс, т.к. климатологи считают, что АЭС безуглеродные, не производят выбросов парниковых газов, а значит, их возьмут в светлое климатическое будущее. В России очень много АЭС, их тоже можно использовать, весь вопрос в параметрах рынка и расчетах, как более выгодно производить водород», — говорит Игорь Юшков.
Но в ЕС подчеркивают, что после переходного периода в 10 лет собираются покупать «зеленый» водород, добытый из воды электроэнергией, полученной от возобновляемых источников (энергия ветра, солнца, волн). На сегодня это самый дорогостоящий метод добычи водорода, говорят эксперты. Но все может измениться уже в течение ближайших 10 лет благодаря совершенствованию технологий.
«Сейчас уж очень большая разница между стоимостью получения водорода разными способами — «зеленый» дороже раза в три. Т.е. $1-3 за кг водорода — это «серый» водород, «голубой» стоит от $1,5 до $4, а «зеленый» — в 3 раза дороже, $5-9. Есть тенденция к удешевлению зеленого водорода. Потому что и ВИЭ дешевеет, за 10 лет стоимость кВт⋅ч упала в 10 раз, плюс совершенствуется оборудование для электролиза. Постепенно, к 2040-2050 гг. они станут одинаковыми по цене»,
— считает Олег Перцовский из «Сколково».
В Greenpeace заявляют, что неверно сосредотачиваться на самом выгодном на сегодня способе добычи водорода и имеет смысл развивать самые климатически нейтральные методы.
«Здесь нужно смотреть на то, что называется «кривая обучения» — learning curve — каков коэффициент снижения себестоимости при каждом удвоении производства какой-то технологией. Сегодня этот коэффициент такой, что он позволяет говорить о том, что зеленый водород выйдет в паритет с нефтепродуктами примерно через 5-10 лет», — прокомментировал «Газете.Ru» проектный директор Greenpeace в России Владимир Чупров.
Однако помимо технологических сложностей с получением водорода остро стоит вопрос его транспортировки. Это возможно в виде сжиженного газа, но сложно и дорого: водород меняет агрегатное состояние при -253° С (для сравнения СПГ: –161,5 °C). В сжатом виде возможна перевозка в баллонах, но и это невыгодно при крупных поставках. Остаются технологии обратимого связывания (водород транспортируют в различных жидких и твердых органических и неорганических соединениях) — или транспортировка метано-водородной смеси по существующей системе газопроводов, что несет риски технического, юридического и регуляторного характера, отмечают в «Газпроме».
Как поясняет Олег Перцовский из «Сколково», водород очень летуч и есть риск утечек, кроме того, он может сильно повредить трубопровод изнутри (водородное охрупчивание стали), и если новые магистральные трубопроводы теоретически могут выдержать такое наполнение, то старые европейские подводящие пути — скорее нет. В Минэнерго отмечают, что вопрос такой транспортировки надо сначала детально изучить.
«Что касается транспортировки водорода по газопроводам, то данная возможность требует детального изучения как с технической стороны в силу ряда специфических свойств водорода, так и с учетом необходимости проработки экономической целесообразности такой транспортировки»,
— отметили в пресс-службе министерства.
Поэтому нашим поставщикам природного газа будет выгодно оказывать услуги «водородного сервиса»: транспортировать метан в Европу, на месте производить из него водород и отдавать его покупателю, поясняет Олег Перцовский. Но он же отмечает высокие стратегические риски в случае, если эта технология станет основной.
«Что касается паровой конверсии метана, то тут у меня очень серьезные сомнения, что на этой истории имеет смысл делать упор, потому что есть большая вероятность, что потребитель не захочет покупать такой водород. Например, если введут большой углеродный налог, то «грязный» водород вообще невыгодно будет производить независимо от себестоимости производства, и потому похоже, что акцент надо делать на чистый водород»,
— считает эксперт.
В Greenpeace придерживаются схожего мнения. У России есть все ресурсы для выработки «чистого» водорода с помощью ГЭС, АЭС и возобновляемой энергетики, и именно эти технологии ведут в климатически нейтральное будущее.
«Вот у нас есть газ и АЭС, вот пусть водород будет на них и будет только серый/голубой/желтый — это архи-неправильный подход, это нестратегический подход. Сегодня власти исторически не хотят реализовывать зеленый водород на электролизерах. Это стратегическая ошибка. Ружья кирпичами скоро чистить не будут», — заключает Владимир Чупров из Greenpeace.
Водород, полученный путем электролиза воды, теперь является конкурентоспособным по стоимости и дает нам еще один строительный блок для низкоуглеродной экономики.
Производство дополнительной единицы электроэнергии с помощью фотоэлектрических систем или ветра не требует затрат. Одним из следствий роста возобновляемых источников энергии является то, что цены на электроэнергию на открытом рынке, как правило, будут падать. Как говорят экономисты, цены имеют тенденцию приближаться к предельным издержкам производства. Сегодня мы наблюдаем это на рынках электроэнергии. Это имеет глубокие последствия.
В этой заметке я рассматриваю влияние вероятного продолжающегося падения цен на электроэнергию на открытом рынке на один важный источник выбросов парниковых газов.Я пытаюсь показать, что производство водорода, которое в настоящее время почти полностью осуществляется с использованием метана и пара, будет в значительной степени основано на электролизе воды. Многие комментарии по поводу энергетического перехода оптимистичны в отношении перехода к электрификации транспорта и отопления зданий, но глубоко пессимистичны в отношении сокращения ископаемого топлива, используемого в промышленных процессах. В случае производства водорода такой пессимизм ошибочен.
В более общем плане я предполагаю, что водород станет доминирующим путем к долгосрочному хранению энергии, не в основном в виде самого газа, а в форме метана и жидкого топлива.
Чтобы внести ясность, я думаю, что у автомобилей на водородных топливных элементах очень мало шансов составить конкуренцию автомобилям с аккумуляторными батареями. Однако я верю, что использование водного электролиза для получения водорода, который затем сливается с молекулами углерода (такими как CO2) для создания синтетического природного газа и заменителей бензина и авиационного топлива, вероятно, станет центральной особенностью следующего этапа мировая декарбонизация. Для компаний, работающих на ископаемом топливе, которые пытаются избавиться от зависимости от нефти и газа, синтетические заменители существующего топлива должны стать ключевым направлением их долгосрочного планирования.Производство водорода и создание возобновляемых видов топлива, использующих этот водород, — это деятельность, больше похожая на основной бизнес нефтегазовых компаний, чем на фотоэлектрическую или ветряную.
Я не предполагаю, что правила или международные соглашения приведут к переходу на возобновляемый водород, а скорее, что простая экономика подтолкнет крупных нефтяных компаний, производителей химической продукции и других к производству топлива из электролизованного водорода, а не из природного газа или сырой нефти.
Падение оптовых цен на электроэнергию продолжится
6 и 7 июня 2017 года в Северной Европе было ветрено.В течение долгих дней большую часть времени светило солнце. В Германии две трети общей выработки электроэнергии в полдень 7-го числа приходилось на ветровую и фотоэлектрическую энергию. В Великобритании газовые электростанции были сокращены до немногим более 20% выработки электроэнергии. Угольные генераторы большую часть периода простаивали полностью.
Воздействие на рынки электроэнергии было поразительным. Средняя спотовая цена на электроэнергию с почти немедленной поставкой упала до очень низкого уровня. Германия показала отрицательные показатели за ночь и почти нулевые показатели в течение большей части дня.Средняя цена в Великобритании с 15:00 вторника 6-го до 15:00 среды 7-го числа составляла чуть более 13 фунтов стерлингов за мегаватт-час, или 1,3 пенса за киловатт-час. Краткосрочные цены в Великобритании большую часть ночи были ниже нуля. До недавнего времени это были действительно очень редкие события, и они случаются всего несколько раз в неделю.
Но по мере того, как установленная мощность возобновляемых источников энергии продолжает расти, эта модель будет происходить все чаще. И Великобритания, и Германия продолжают расширять оффшорную ветроэнергетику и в меньшей степени фотоэлектрическую энергию.У Великобритании есть амбиции иметь 30 гигаватт морской ветровой энергии к 2030 году. Полная мощность морской ветроэнергетики сама по себе почти покроет летний полуденный спрос. Вклад фотоэлектрических модулей будет означать, что возобновляемые источники энергии покроют общую потребность в электроэнергии. Очень трудно представить себе, что оптовые цены не отражают этот избыток предложения в долгосрочной перспективе вниз.
Тем не менее, правительство Великобритании продолжает прогнозировать резкий рост оптовых розничных цен на электроэнергию. Ожидается, что со среднего показателя в 37 фунтов стерлингов за мегаватт-час в 2016 году более чем на 50% до 56 фунтов стерлингов в 2030 году.По прогнозам, к той же дате домохозяйства столкнутся с розничными счетами на долларов, эквивалентными 180 фунтам стерлингов за мегаватт-час. Давайте сопоставим это число с сегодняшней средней оптовой ценой: 13 фунтов стерлингов — это чуть более 7% от 180 фунтов стерлингов, невероятно большой разрыв. Прогнозы правительства откровенно бредовые: оптовые цены на электроэнергию снижаются, и они останутся ниже. Без значительного повышения налогов они никогда не достигнут 180 фунтов стерлингов для местных потребителей.
Важно отметить, что эта постоянная дефляция цен на электроэнергию неизбежно повлияет на цены на ископаемое топливо.Что касается генерации, мы привыкли рассматривать затраты на электроэнергию как производную от цен на ископаемое топливо. Например, более высокие затраты на газ используются для автоматического повышения оптовых и розничных тарифов на электроэнергию. Эта ссылка теперь начинает работать в обратном направлении; падение цен на электроэнергию ведет к снижению затрат на природный газ. Если меньше природного газа используется в производстве электроэнергии в результате роста возобновляемых источников энергии, общий спрос на товар будет ниже, и цена упадет. По мере того как электромобили становятся все более распространенными, такая же связь устанавливается с нефтью.Более низкие цены на электроэнергию делают электромобили более привлекательными, снижая потребность в бензине и дизельном топливе. Таким образом, со временем цена на электроэнергию станет важным фактором, определяющим цену на нефть.
Роль электричества как установщика цен на ископаемое топливо можно наиболее четко увидеть, сравнив оптовые цены в Великобритании 6-7 июня со стоимостью газа. Краткосрочная рыночная цена на уровне 13 фунтов была лишь немногим выше эквивалентной цены на оптовый газ, составляющей около 12,50 фунтов стерлингов за мегаватт-час. Другими словами, в течение одного 24-часового периода электричество, которое обычно считается источником энергии премиум-класса, было всего на несколько процентов дороже, чем топливо, которое обычно используется для его производства.(Между прочим, нефть за 50 долларов в энергетическом выражении эквивалентна примерно 25 фунтам стерлингов за мегаватт-час, что в два раза превышает цену газа. В долгосрочной перспективе возобновляемые источники энергии также будут сдерживать рост цен на нефть).
Большая часть электроэнергии покупается и продается по контрактам на несколько дней или месяцев вперед, и эти цены будут значительно выше, чем на спотовом рынке 7 июня. Но, тем не менее, краткосрочные индикаторы являются мощным сигналом для инвесторов, думающих об инвестировании в производство электроэнергии на ископаемом топливе.Поскольку ветер и солнечная энергия становятся преобладающими источниками электроэнергии, использование газа или угля для производства электроэнергии становится все более и более плачевным. Например, новая газовая генерация потребует крупных субсидий по всей Европе, если будут построены электростанции.
Тесная связь между ценами на ископаемое топливо и затратами на возобновляемые источники энергии станет более сильной, поскольку доля электроэнергии в общем потреблении энергии будет все больше. Во-первых, я хочу проиллюстрировать один пример, который, как мне кажется, не привлекает достаточно внимания: вероятный переход от использования метана к электролизу воды в качестве основного способа получения водорода.
Электролизный водород
В мире производится около 50 миллионов тонн водорода в год. (Некоторые источники предполагают, что это нечто большее). Газ используется в качестве добавки на нефтеперерабатывающих заводах, в качестве сырья для производства аммиака и для многих различных промышленных процессов, включая, например, производство маргарина.
Сегодня почти весь водород производится путем так называемого «парового риформинга», обычно из метана (основного компонента природного газа).Поток газа смешивается с высокотемпературным паром в присутствии катализатора. Конечный продукт процесса представляет собой смесь CO2 и водорода. Ценный водород собирается, а CO2 сбрасывается в атмосферу. Если мои расчеты верны, водород, производимый сегодня в процессе парового риформинга, вызывает около 500 миллионов тонн выбросов в год, или более 1% глобальных парниковых газов. [1]
Водород можно также получить электролизом воды. Электричество используется для расщепления молекулы на водород и кислород.Если бы его производили с использованием водного электролиза, на мировое производство водорода сегодня потребовалось бы около 15% мирового производства электроэнергии. Когда производство h3 переключится с использования метана на использование излишков электроэнергии, водород станет важным методом уравновешивания мировых энергосистем. Когда электричество в избытке, электролизеры будут включены. Их работа прекратится, когда станет мало электричества.
В прошлом электролиз использовался очень редко, поскольку источник энергии, электричество, был дороже, чем газ, используемый для парового риформинга.
Это все еще правда? Нам необходимо изучить энергоэффективность парового риформинга, его эксплуатационные и капитальные затраты, а также относительные цены на газ и электроэнергию.
· Грубо говоря, новая электролизная установка сегодня обеспечивает энергоэффективность около 80%. То есть энергетическая ценность производимого водорода составляет около 80% электричества, используемого для расщепления молекулы воды. Эффективность парового риформинга составляет около 65%.
· Однако капитальные затраты на установку парового риформинга в настоящее время ниже стоимости нового электролизера аналогичной мощности.В отчете о проекте по переоборудованию района Лидс в Северной Англии с природного газа на водород для бизнеса и бытового использования предполагалась стоимость установки парового риформинга около 600 000 фунтов стерлингов на мегаватт мощности. Как и многое другое в низкоуглеродной экономике, затраты на электролизеры быстро падают. Некоторые производители предполагают, что стоимость электролизера составит около 700 000 фунтов стерлингов за мегаватт в течение следующего года или около того. ITM Power, производитель электролизеров в Шеффилде, заявляет, что его затраты уже ниже 1 миллиона евро (около 870 000 фунтов стерлингов) на каждый мегаватт мощности.По мере резкого увеличения размеров электролизеров — скоро мы можем увидеть устройства на 10 мегаватт — стоимость единицы мощности будет снижаться. В конечном итоге электролизеры будут значительно дешевле оборудования парового риформинга.
· Электролизеры не требуют значительного обслуживания или большого административного труда. Паровой риформинг требует более высоких эксплуатационных затрат, но мне не удалось получить точных оценок. (Если у вас есть хороший источник, я был бы очень благодарен об этом). Поэтому я проигнорировал это число.
· Независимо от того, производится ли водород путем парового риформинга или электролиза, потребуется хранение как под низким, так и под высоким давлением. Затраты будут эквивалентными, если, например, электролизер не будет работать только при низких ценах на электроэнергию. В этом случае путь электролиза неизбежно потребует большего объема памяти.
Мы можем приблизительно оценить относительные затраты на производство водорода с помощью электролиза при различных ценах на электроэнергию и сравнить их со средней ценой на водород в Европе сегодня.Насколько я могу судить, водород от парового риформинга в настоящее время стоит около 5 пенсов за киловатт-час энергетической ценности, поставляемой местному пользователю [2]. Это число не связано с какими-либо затратами или налогами на выбросы CO2 в атмосферу. Даже при нынешних низких ценах на углерод это добавит к полностью рассчитанной стоимости h3.
Когда падение цен на электроэнергию сделает более экономичным получение водорода путем электролиза? Давайте посмотрим на элементы, составляющие стоимость водорода при электролизе
· Капитальные затраты на электролизер.Я предполагаю, что закупочная цена (включая установку) составляет 700 000 евро за МВт мощности для использования электроэнергии для производства водорода. Это ниже, чем цена, которая могла бы быть достигнута сегодня, но должна быть возможна к 2019/2020 году. Я предполагаю, что электролизер будет работать около 4000 часов в год, в основном, когда электроэнергия дешевая из-за обильного ветра или солнца. При ставке дисконтирования 7% владельцу необходимо будет зарабатывать 65 000 евро в год, чтобы покрыть расходы в течение 20 лет. Стоимость 1 МВт-ч электроэнергии в течение более 4000 часов составляет 16 евро.25. Для простоты я переведу это в 14,15 фунтов стерлингов за МВтч по сегодняшнему обменному курсу
фунтов стерлингов / евро · Текущие расходы. Оценок для этого немного, но число невелико. Я оцениваю 5 евро за МВтч, или 4,35 фунта стерлингов. Я считаю это консервативным.
· Стоимость электроэнергии. Это критический элемент. До недавнего резкого падения оптовых цен на электроэнергию цена на электроэнергию казалась дорогостоящей. Я взял для анализа достаточно типичный день — вчера, 4 июля 2017 года.В отличие от дней начала июня, упомянутых в начале статьи, здесь не было особенно солнечно или ветрено. Я думаю, что будет справедливо использовать этот день как образец летних цен на электроэнергию. Средняя цена на краткосрочном балансирующем рынке составила 35,87 фунта стерлингов в течение 24 часов. Однако за 11 часов с самой низкой ценой (22 получасовых периода) это было 23,92 фунта стерлингов. Поскольку я предполагаю, что электролизер работает 11 часов в день (около 4000 часов в год), я использую эту среднюю цену.
Цены на электроэнергию «балансирующего рынка» Великобритании на 4 июля 2017 г.
Производство водорода путем электролиза — бюллетень h3
Почти 95% водорода производится по углеводородному маршруту из-за более низких производственных затрат.Этот процесс называется термохимическим, при котором используются тепло и химические реакции для выделения водорода из органических материалов, таких как ископаемое топливо и биомасса. Одним из недостатков этого процесса является выброс углерода, особенно когда нет улавливания углерода на месте.
Одной из экологически чистых альтернатив производства водорода является использование воды в качестве сырья. В настоящее время наиболее развитая коммерчески доступная технология получения водорода из воды называется электролизом. Электролиз воды — это разложение воды (H 2 O) на ее основные компоненты, водород (H 2 ) и кислород (O2), посредством пропускания электрического тока.Благодаря этому процессу электрическая энергия может храниться в виде химической энергии образующегося водорода. Вода является идеальным источником для производства водорода, поскольку она выделяет кислород только в качестве побочного продукта во время обработки. Водород, образующийся при разложении воды при использовании возобновляемого источника энергии, называется зеленым водородом.
Электролиз преобразует электрическую энергию в химическую, сохраняя электроны в виде стабильных химических связей. Образовавшуюся химическую энергию можно использовать в качестве топлива или при необходимости преобразовать обратно в электричество.
Электролизер (электролизер) состоит из двух электродов, называемых катодом и анодом. Катод — это отрицательно заряженный электрод, а анод — положительно заряженный. Оба катода разделены мембраной, называемой электролитом, и окружены водой. Существуют разные типы электролизеров, и они работают немного по-разному из-за использования другого типа материала электролита.
Существует два типа сепараторов: один используется в электролизере, а другой — в топливном элементе.Сепаратор для электролиза воды необходим при производстве водорода, который должен выдерживать высокие температуры и влажность. Сепаратор топливного элемента используется в топливном элементе и необходим для утилизации водорода.
Электролит является обязательной частью, так как чистая вода не может нести достаточный заряд из-за недостатка ионов. На аноде вода окисляется до газообразного кислорода и ионов водорода. На катоде вода восстанавливается до газообразного водорода и гидроксид-ионов.
В настоящее время существует три ведущих технологии электролиза.
Щелочной электролиз (AEL)Щелочной электролиз (AEL) — это устоявшаяся технология, которая используется в промышленных масштабах более 100 лет. Даже первая крупная установка для щелочного электролиза была установлена в Норвегии в 1927 году. Гидроксид калия (КОН) обычно используется в качестве электролита, сильного основания и каустика. Электролит проводит электричество для проведения электролиза.
Анод и катод разделены диафрагмой, разделяющей газы водорода и кислорода и предотвращающей их повторное смешивание.На катоде вода расщепляется с образованием h3 и высвобождает гидроксид-анионы, которые проходят через диафрагму и рекомбинируют на аноде с образованием O2. Промышленные щелочные электролизеры работают при 100–150 ° C.
Протонообменный мембранный электролиз (PEM)Протонообменный мембранный электролиз (PEM) является относительно новейшей технологией и коммерчески используется уже несколько лет. Он имеет несколько преимуществ по сравнению с AEL, например чистоту получаемого газа при работе с частичной нагрузкой.В электролизере PEM электролит используется в виде твердого специального пластика. На анодной стороне процесс разлагает воду с образованием кислорода и положительно заряженных ионов водорода (протонов). Кроме того, электроны проходят через внешнюю цепь, в то время как ионы водорода проходят через PEM к катоду. На катоде ионы водорода связываются с электронами, выходящими из внешнего контура, и вместе они образуют газообразный водород. Технология обмена протонов устраняет необходимость в прочных и едких основаниях, необходимых для управления процессом электролиза.Электролизеры из ПЭМ работают при температуре 70–90 ° C.
Твердооксидный электролизер (SOE)Щелочные электролизеры и электролизеры PEM известны как низкотемпературные электролизеры (LTE). Однако, с другой стороны, твердооксидный электролизер (SOE) известен как высокотемпературный электролизер (HTE) и использует твердый керамический материал в качестве электролита. Он объединяет воду на катоде с электронами из внешней цепи, чтобы произвести водород и отрицательно заряженные ионы кислорода. Затем он переносит ионы кислорода через твердую керамическую мембрану для реакции на аноде с образованием газообразного кислорода и генерации электронов для внешнего контура.
Эта технология в настоящее время находится в стадии разработки и использовалась на нескольких пилотных установках. HTC выполняет электролиз водяного пара при высоких температурах, что приводит к более высокой эффективности (80-90%) по сравнению с предыдущими вариантами. Кроме того, он также может использовать отходящее тепло и компенсировать необходимое электричество. По мере повышения температуры часть энергии, необходимой для расщепления воды, вводится в виде тепла, в то время как потребность в электричестве или требуемом напряжении уменьшается. Электролит представляет собой твердый ионопроводящий материал, стабилизированный оксидом иттрия, оксид циркония (YSZ).Поскольку ионная проводимость начинается только при температуре выше 700 ° C, поэтому для этого типа электролиза рекомендуемая температура для правильной работы составляет от 700 до 800 ° C.
Электролиз с анионообменной мембраной (AEM)Анионообменная мембрана ( AEM) имеет структуру, аналогичную ячейке PEM, с основным отличием в том, что мембрана переносит анионы (OH–) вместо протонов (H +). Следовательно, технология AEM использует тот же процесс в электродах, что и в традиционных щелочных элементах.Одно из ключевых преимуществ — меньшая стоимость мембраны по сравнению с электролизером из ПЭМ. В электролизерах также не используются катализаторы на основе металлов платиновой группы (МПГ), такие как элементы PEM. По сравнению с традиционными щелочными электролизерами, AEM также позволяет получать водород высокой чистоты при высоком давлении.
Вы ищете информацию о водороде? Бюллетень h3 может помочь вам в исследовании водорода. Свяжитесь с нами по телефону [email protected] или по телефону: +44 (0) 208 123 7812.
Мы — независимые и доступные специалисты, готовые поддержать вас.
Производство и доставка водорода | Водород и топливные элементы | Водородные и топливные элементы
Исследователи из NREL разрабатывают передовые процессы для экономичного производства водорода. из устойчивых ресурсов.
Узнайте, как NREL развивает и продвигает ряд путей к возобновляемому водороду производство.Текстовая версия
Биологическое расщепление воды
Некоторые фотосинтетические микробы используют световую энергию для производства водорода из воды в виде часть их метаболических процессов. Поскольку кислород образуется вместе с водородом, Фотобиологическая технология производства водорода должна преодолевать присущую ему чувствительность к кислороду. ферментативных систем, выделяющих водород. Исследователи NREL решают эту проблему с помощью скрининг на естественные организмы, которые более устойчивы к кислороду и создание новых генетических форм организмов, способных поддерживать производство водорода в наличие кислорода.Исследователи также разрабатывают новую систему, в которой используется метаболический переключение (лишение серы) на цикл клеток водорослей между фотосинтетическим ростом фаза и фаза производства водорода.
Контактное лицо: Мария Гирарди
Ферментация
Ученые NREL разрабатывают технологии предварительной обработки для преобразования лигноцеллюлозного биомасса в сырье, богатое сахаром, которое может быть непосредственно ферментировано для получения водорода, этанол и ценные химикаты.Исследователи также работают над определением консорциума. Clostridium, которые могут напрямую сбраживать гемицеллюлозу до водорода. Другое исследование области включают в себя биоразведку эффективных целлюлолитических микробов, таких как Clostridium thermocellum, который может сбраживать кристаллическую целлюлозу непосредственно до водорода, чтобы снизить затраты на сырье. После идентификации модельной целлюлолитической бактерии ее потенциал для генетических манипуляций, включая чувствительность к антибиотикам и простоту генетического трансформация, будет определена.Будущие проекты ферментации NREL будут сосредоточены на по разработке стратегий создания мутантов, которые селективно блокируются от производства отработанные кислоты и растворители для максимального увеличения выхода водорода.
Контактное лицо: Пин-Чинг Манесс
Конверсия биомассы и отходов
Водород можно производить путем пиролиза или газификации ресурсов биомассы, таких как сельскохозяйственные остатки, такие как скорлупа арахиса; бытовые отходы, включая пластмассы и отходы смазка; или биомасса, специально выращенная для использования в энергии.Пиролиз биомассы производит жидкий продукт (био-масло), содержащий широкий спектр компонентов, которые могут быть разделены на ценные химические вещества и топливо, включая водород. Исследователи NREL в настоящее время сосредоточены на производстве водорода путем каталитического риформинга пиролиза биомассы продукты. Конкретные области исследований включают реформирование потоков пиролиза и разработку и испытание псевдоожижаемых катализаторов.
Контактное лицо: Ричард Френч
Фотоэлектрохимическое расщепление воды
Самый чистый способ производства водорода — использование солнечного света для прямого разделения воды. в водород и кислород.Технология многопереходных ячеек, разработанная фотоэлектрическими промышленность используется для фотоэлектрохимических (PEC) систем сбора света, которые генерируют достаточное напряжение для разделения воды и стабильны в среде вода / электролит. Разработанная NREL система PEC производит водород из солнечного света без дополнительных затрат. и усложнение электролизеров, при КПД преобразования солнечной энергии в водород На 12,4% ниже теплотворная способность при использовании отраженного света.Ведутся исследования, чтобы выявить больше эффективные, недорогие материалы и системы, долговечные и устойчивые к коррозии в водной среде.
Контактное лицо: Джон Тернер или Тодд Дойч
Гелиотермальное водоразделение
Исследователи NREL используют реактор High-Flux Solar Furnace, чтобы концентрировать солнечную энергию и генерировать температуры от 1000 до 2000. градусов Цельсия.Для термохимической реакции требуются сверхвысокие температуры. циклы для производства водорода. Такой высокотемпературный, высокопоточный, термохимический процессы предлагают новый подход к экологически безопасному производству водорода. Очень высокие скорости реакции при таких повышенных температурах вызывают очень быструю реакцию. скорости, которые значительно увеличивают производительность и более чем компенсируют прерывистый характер солнечного ресурса.
Контактное лицо: Джуди Неттер
Возобновляемый электролиз
Возобновляемые источники энергии, такие как фотоэлектрическая энергия, ветер, биомасса, гидро- и геотермальная энергия. может обеспечить нашу страну чистой и устойчивой электроэнергией. Однако возобновляемая энергия источники естественным образом изменчивы, требуют накопления энергии или гибридной системы для размещения суточные и сезонные изменения.Одно из решений — производить водород путем электролиза — расщепления с помощью электрического тока — воды и использовать этот водород в топливном элементе для производства электричество в периоды низкого производства электроэнергии или пикового спроса, или для использования водорода в транспортных средствах на топливных элементах.
Исследователи из Центра интеграции энергетических систем NREL и Центра испытаний и исследований водородной инфраструктуры изучают вопросы, связанные с использованием возобновляемых источников энергии для производства водород путем электролиза воды.NREL тестирует интегрированные системы электролиза и исследует варианты дизайна для снижения капитальных затрат и повышения производительности.
Узнайте больше об исследованиях электролиза возобновляемых источников энергии NREL.
Контактное лицо: Кевин Харрисон
Надежность шланга дозатора водорода
С акцентом на снижение затрат и повышение надежности и безопасности, NREL выполняет ускоренное тестирование и циклическое тестирование шлангов для подачи водорода на 700 бар на предприятии по интеграции энергетических систем с использованием автоматизированной робототехники для моделирования полевых условий.Посмотрите видео с роботом, который имитирует повторяющееся напряжение человека, сгибающегося и скручивающегося. шланг для подачи водорода в бортовой накопительный бак транспортного средства на топливных элементах. Исследователи проводить механические, термические испытания и испытания под давлением для новых и бывших в употреблении систем подачи водорода шланги. Материал шланга анализируется для выявления проникновения водорода, охрупчивания, и зарождение / распространение трещины.
Контактное лицо: Кевин Харрисон
Анализ путей производства и доставки водорода
NREL выполняет анализ на системном уровне в различных областях устойчивого производства водорода. и пути доставки.Эти усилия сосредоточены на определении улучшений статуса, в результате от технологических достижений, стоимости как функции объема производства и потенциала для снижения затрат. Результаты помогают выявить препятствия на пути к успеху этих путей. основные факторы затрат и остающиеся проблемы НИОКР. Разработанные NREL тематические исследования по анализу водорода обеспечивают прозрачные прогнозы текущих и будущих затрат на производство водорода. Узнайте больше о работе NREL по системному анализу.
Контактное лицо: Женевьева Заур
Сеть энергетических материалов HydroGEN
NREL служит ведущей лабораторией консорциума HydroGEN Energy Materials Network (EMN).
Последние публикации
Прямое преобразование солнечной энергии в водород с помощью инвертированного метаморфического многопереходного полупроводника Архитектура, Энергия природы (2017)
Замечательная стабильность фотокатодов из немодифицированного GaAs при выделении водорода в Кислотный электролит, Журнал химии материалов A (2016)
Эффективность преобразования солнечной энергии в водород: яркий свет на производительность фотоэлектрохимических устройств, Энергетика и экология (2016)
Обратимая пассивация поверхности GaInP2 за счет адсорбции воды: модельная система для зависимости от окружающей среды Фотолюминесценция, Журнал физической химии C (2016)
CO2-фиксирующий метаболизм одного углерода в разрушающей целлюлозу бактерии Clostridium thermocellum, Proceedings of the National Academy of Sciences (2016)
Путь фосфокетолазы способствует метаболизму углерода у цианобактерий, Природные растения (2016)
Контакт
Huyen Dinh
Эл. Почта
303-275-3605
Новый способ получения водородного топлива из морской воды
Автор: Эрин И.Гарсия де Хесус
Исследователи из Стэнфорда разработали способ получения водородного топлива с использованием солнечной энергии, электродов и соленой воды из залива Сан-Франциско.
Хунцзе Дай и его исследовательская лаборатория в Стэнфордском университете разработали прототип, который может генерировать водородное топливо из морской воды. (Изображение предоставлено Х. Дай, Юн Куанг, Майкл Кенни)
Результаты, опубликованные 18 марта в Proceedings of the National Academy of Sciences , демонстрируют новый способ отделения газообразного водорода и кислорода от морской воды с помощью электричества.Существующие методы разделения воды основаны на использовании воды высокой степени очистки, которая является ценным ресурсом и требует больших затрат в производстве.
Теоретически, чтобы приводить в действие города и автомобили, «вам нужно столько водорода, что невозможно использовать очищенную воду», — сказал Хунцзе Дай, J.G. Джексон и Ч. «У нас едва хватает воды для наших текущих потребностей в Калифорнии».
Водород является привлекательным вариантом в качестве топлива, поскольку он не выделяет углекислый газ, сказал Дай.Сжигание водорода дает только воду и должно облегчить усугубление проблем, связанных с изменением климата.
Дай сказал, что его лаборатория продемонстрировала доказательство концепции с помощью демонстрации, но исследователи предоставят производителям возможность масштабировать и массово производить дизайн.
Борьба с коррозией
По идее, разделение воды на водород и кислород с помощью электричества — так называемый электролиз — это простая и старая идея: источник энергии подключается к двум электродам, помещенным в воду. Когда включается питание, газообразный водород выходит из отрицательного конца, называемого катодом, а кислород, пригодный для дыхания, выходит из положительного конца — анода.
Но отрицательно заряженный хлорид в морской воде может вызвать коррозию положительного конца, ограничивая срок службы системы. Дай и его команда хотели найти способ не дать компонентам морской воды разрушить затопленные аноды.
Исследователи обнаружили, что если они покрыли анод слоями, богатыми отрицательными зарядами, эти слои отталкивали хлорид и замедляли распад лежащего под ним металла.
Они нанесли слой гидроксида никеля и железа поверх сульфида никеля, который покрывает сердцевину из пены никеля.Пена никеля действует как проводник, переносящий электричество от источника питания, а гидроксид никеля и железа вызывает электролиз, разделяя воду на кислород и водород. Во время электролиза сульфид никеля превращается в отрицательно заряженный слой, который защищает анод. Так же, как отрицательные концы двух магнитов прижимаются друг к другу, отрицательно заряженный слой отталкивает хлорид и не дает ему достичь металла сердечника.
По словам Майкла Кенни, аспиранта лаборатории Dai и соавтора статьи, без отрицательно заряженного покрытия анод работает в морской воде только около 12 часов.«Весь электрод разваливается в крошку», — сказал Кенни. «Но с этим слоем он может работать более тысячи часов».
В предыдущих исследованиях по разделению морской воды для получения водородного топлива использовались небольшие количества электрического тока, поскольку коррозия происходит при более высоких токах. Но Дай, Кенни и их коллеги смогли провести в 10 раз больше электричества через свое многослойное устройство, что помогает ему быстрее вырабатывать водород из морской воды.
«Я думаю, что мы установили рекорд по разделению морской воды на течении», — сказал Дай.
Члены команды провели большую часть своих тестов в контролируемых лабораторных условиях, где они могли регулировать количество электричества, поступающего в систему. Но они также разработали демонстрационную машину на солнечной энергии, которая производила газообразный водород и кислород из морской воды, собранной в заливе Сан-Франциско.
И без риска коррозии из-за солей, устройство соответствует современным технологиям, использующим очищенную воду. «Самое впечатляющее в этом исследовании заключалось в том, что мы смогли работать при таких же электрических токах, как те, которые используются в промышленности сегодня», — сказал Кенни.
На удивление просто
Оглядываясь назад, Дай и Кенни видят простоту их конструкции. «Если бы у нас был хрустальный шар три года назад, это было бы за месяц», — сказал Дай. Но теперь, когда разработан базовый рецепт электролиза с морской водой, новый метод откроет двери для увеличения доступности водородного топлива, работающего на солнечной или ветровой энергии.
В будущем эту технологию можно будет использовать не только для производства энергии. Поскольку этот процесс также производит пригодный для дыхания кислород, водолазы или подводные лодки могут приносить устройства в океан и генерировать кислород внизу, не поднимаясь на поверхность для доступа к воздуху.
Что касается передачи технологии, «можно было бы просто использовать эти элементы в существующих системах электролизера, и это могло бы быть довольно быстро», — сказал Дай. «Это не похоже на начало с нуля — это больше похоже на начало с 80 или 90 процентов».
Среди других со-ведущих авторов — приглашенный ученый Юнь Куанг из Пекинского химико-технологического университета и Юнтао Мэн из Шаньдунского университета науки и технологий. Дополнительные авторы включают Вэй-Сюань Хунг, Иджин Лю, Цзянан Эрик Хуанг, Рохит Прасанна и Майкл МакГихи.
Эта работа финансировалась Министерством энергетики США, Национальным научным фондом, Национальным научным фондом Китая и Национальным проектом ключевых исследований и разработок Китая.
Чтобы читать все истории о науке в Стэнфорде, подпишитесь на еженедельный выпуск Stanford Science Digest.
Производство водорода — Управление энергетической информации США (EIA)
Как производится водород?
Чтобы произвести водород, он должен быть отделен от других элементов в молекулах, в которых он находится.Есть много различных источников водорода и способов его производства для использования в качестве топлива. Двумя наиболее распространенными методами получения водорода являются паровой конверсии метана и электролиз (разделение воды на электричество. Исследователи изучают другие методы.
Процессы производства водорода
Источник: Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, Производство водорода (общественное достояние)
Нажмите для увеличения
Паровой риформинг метана — широко используемый метод промышленного производства водорода
Паровой риформинг метана составляет почти весь коммерчески производимый водород в Соединенных Штатах.Коммерческие производители водорода и нефтеперерабатывающие заводы используют паровой риформинг метана для отделения атомов водорода от атомов углерода в метане (Ch5). При паровом риформинге метана высокотемпературный пар (от 1300 ° F до 1800 ° F) под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунтов на квадратный дюйм) реагирует с метаном в присутствии катализатора с образованием водорода, окиси углерода. , и относительно небольшое количество диоксида углерода.
Природный газ является основным источником метана для производства водорода промышленными предприятиями и нефтеперерабатывающими заводами.Свалочный газ / биогаз, который можно назвать биометаном , является источником водорода для нескольких электростанций на топливных элементах в Соединенных Штатах. Биотопливо и нефтяное топливо также являются потенциальными источниками метана.
Электролиз использует электричество
Электролиз — это процесс отделения водорода от воды с помощью электрического тока. Электролиз обычно используется для демонстрации химических реакций и производства водорода на уроках естественных наук в средней школе. В крупном коммерческом масштабе процесс может называться power-to-gas , где power — электричество, а водород — газ .Сам по себе электролиз не производит никаких побочных продуктов или выбросов, кроме водорода и кислорода. Электроэнергия для электролиза может поступать из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, солнечная энергия или энергия ветра. Если электричество для электролиза производится из ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть) или сжигания биомассы, то соответствующее воздействие на окружающую среду и выбросы углекислого газа косвенно связаны с электролизом.
Другие способы получения водорода
- Использование микробов, которые используют свет для производства водорода
- Преобразование биомассы в газ или жидкость и отделение водорода
- Использование технологий солнечной энергии для отделения водорода от молекул воды
Категории водорода
Производители водорода, продавцы, государственные учреждения и другие организации могут классифицировать или определять водород в соответствии с источниками энергии для его производства.Например, водород, произведенный с использованием возобновляемых источников энергии, может называться возобновляемым водородом или зеленым водородом . Водород, полученный из угля, может называться коричневым водородом , а водород, полученный из природного газа или нефти, может называться серым водородом . Производство коричневого или серого водорода в сочетании с улавливанием и хранением / секвестрацией углерода может обозначаться как синий водород .
Последнее обновление: 7 января 2021 г.
Прорыв в электролизе может решить водородную загадку
Предоставлено: Университет Монаша.Водородный газ — идеальное экологически чистое топливо — его можно извлечь из воды, и он не загрязняет окружающую среду.Но хотя водород является самым распространенным элементом во Вселенной, в природе он не встречается в больших количествах в виде газа на Земле.
Водородный газ — идеальное экологически чистое топливо — его можно извлечь из воды, и он не загрязняет окружающую среду. Но хотя водород является самым распространенным элементом во Вселенной, в природе он не встречается в больших количествах в виде газа на Земле.
Гонка продолжается, чтобы найти дешевые, эффективные, экологически чистые способы производства и хранения водорода.Давно известно, что электрический ток заставляет элементы воды — водород и кислород — расщепляться с образованием водорода и кислорода в процессе, известном как электролиз. Этот процесс также можно обратить для выработки электричества, когда газообразные водород и кислород взаимодействуют в топливном элементе (НАСА использовало топливные элементы для питания спутников и космических капсул с 1960-х годов).
До недавнего времени стоимость электроэнергии была препятствием для производства газообразного водорода в промышленных количествах путем электролиза.Но недорогие технологии возобновляемой электроэнергии устранили этот барьер.
Еще одно препятствие состоит в том, что для эффективного разделения воды на водород и кислород потребовались катализаторы из редких и дорогих металлов, таких как платина и иридий. Иридий — один из самых редких и дорогостоящих элементов на Земле — его часто переносят метеориты. И даже самые стабильные катализаторы на основе иридия выдерживают электролиз лишь в течение короткого времени.
«Если вы увеличите температуру во время электролиза в проточной воде, катализатор на основе иридия растворится, и вы его потеряете», — объясняет д-р.Александр Симонов из Химического факультета Монаш. «Это худшее, что может случиться — растворить что-то, что стоит сотни долларов за грамм. Это также может попасть в другие компоненты вашего электролитического устройства, загрязняя их и препятствуя их нормальной работе».
Первые водные электролизеры использовали щелочную воду, и это остается традиционным подходом, говорит д-р Симонов. Но более продвинутая и эффективная технология использует кислотную среду с использованием твердотельных электролитов — к сожалению, катализаторы не могут выдерживать эту среду в течение длительного времени.
Доктор Симонов и члены его исследовательской группы, в том числе доктор Манджунат Чатти и Джеймс Гардинер, сделали открытие с огромным потенциалом для решения проблемы нестабильности, сделав производство водорода электролизом воды более экономически выгодным.
«Мы заменяем иридий элементами, которые в изобилии, дешевы и работают более стабильно», — сказал д-р.- говорит Симонов. «Мы продемонстрировали их стабильность в очень сильнокислых условиях и до 80 ° C, что является промышленно приемлемой температурой. Мы не достигли абсолютно никакой деградации».
Автобусы на водороде едут по дорогам Бразилии. Предоставлено: Университет Монаша.Доктор Симонов описывает систему, которую он разрабатывает со своей командой, как «самовосстанавливающуюся». Поскольку все металлы — даже иридий — растворяются во время электролиза, исследователи задались вопросом, может ли растворенный материал повторно осесть на электроде во время работы.
«Оказалось, что может», — говорит он. «Мы создали высокоактивную поверхность электрода на основе большого количества металлов, которая поддерживает промышленно приемлемые скорости расщепления воды». По его словам, высокая температура и сильнокислая окружающая среда «отличает нашу последнюю работу от почти всех в научном мире и приближает нас к промышленному применению».
Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии (ARENA) финансирует дальнейшие исследования с целью повышения эффективности и разработки масштабируемого процесса производства электродов, подходящего для промышленности.Д-р Симонов и его команда работают над достижением этой цели с профессором химии Monash Дугласом Макфарлейном и сотрудниками Австралийского национального университета, профессором Антонио Триколи и профессором Юн Лю.
Австралия с ее обильным солнцем и ветром может стать сверхдержавой в области возобновляемых источников энергии. Используя электролиз, водородный газ может быть получен из избыточной электроэнергии, вырабатываемой крупными проектами возобновляемой энергетики. Этот водород можно было бы использовать в качестве топлива в Австралии и экспортировать в страны, жаждущие альтернатив ископаемым видам топлива.
Автобусы, работающие на водороде, сейчас ходят по дорогам Бразилии, а Южная Корея и Япония уже продемонстрировали твердую приверженность внедрению водородных транспортных средств и водорода в качестве основного энергоносителя.
Министр федеральных ресурсов Мэтт Канаван на этой неделе подписал письмо о намерениях с Южной Кореей разработать план по водороду к концу года, сигнализируя о намерении правительства Австралии расширить экспортный потенциал. Этот толчок совпал с выпуском отчета Geoscience Australia, в котором страна названа будущим «мировым лидером» в этой области.
Но газообразный водород легко воспламеняется, и его транспортировка сопряжена с некоторыми трудностями. Одна из будущих возможностей — преобразовать газ в аммиак. Эта цель также исследуется д-ром Симоновым и его коллегами в рамках проекта Monash Ammonia Project, возглавляемого профессором Макфарлейном.
Д-р Симонов говорит, что тем временем поставщик энергии AGL изучает, как можно расширить прорыв в области электролиза, чтобы добавить устойчиво производимый водород в трубопроводы природного газа в Австралии в качестве способа сокращения выбросов углерода.По словам Симонова, водород уже используется таким образом в северном полушарии. Еще одна ведущая австралийская компания, проявляющая большой интерес к водородным технологиям, — это Woodside, которая вложила значительные средства в исследования Monash.
Доктор Симонов и профессор Макфарлейн также сотрудничают с молодой австралийской компанией ANT Energy Solutions, которая разрабатывает портативный водородный электролизер при финансовой поддержке Программы совместных исследовательских центров. Портативный блок можно погрузить в грузовик и перевезти туда, где доступна дешевая возобновляемая энергия.- говорит Симонов.
Исследовательская группа возглавляет прорыв в области зеленой химии для возобновляемых источников энергии
Предоставлено Университет Монаша
Ссылка : Прорыв в электролизе может решить водородную головоломку (2019, 25 сентября) получено 30 сентября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2019-09-electrolysis-breakthrough-водород-conundrum.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
Разделение выделения водорода и кислорода при электролизе щелочной воды с использованием гидроксида никеля
Goff, A.L. et al. От гидрогеназ до каталитических наноматериалов без благородных металлов для производства и поглощения h3. Наука 326 , 1384–1387 (2009).
ADS Статья Google ученый
Армароли, Н. и Бальзани, В. Проблема водорода. ChemSusChem 4 , 21–36 (2011).
CAS Статья Google ученый
Рис, С.Y. et al. Беспроводное солнечное водоразделение с использованием полупроводников на основе кремния и катализаторов из большого количества земли. Наука 334 , 645–648 (2011).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Тачибана Ю., Вайсьер Л. и Даррант Дж. Р. Искусственный фотосинтез для солнечного расщепления воды. Нат. Фотоника 6 , 511–518 (2012).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Льюис, Н.С. и Ночера, Д. Г. Энергия планеты: химические проблемы в использовании солнечной энергии. Proc. Natl Acad. Sci. США 103 , 15729–15735 (2006).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Гаст Д., Мур Т. и Мур А. Л. Солнечное топливо с помощью искусственного фотосинтеза. В соотв. Chem. Res. 42 , 1890–1898 (2009).
CAS Статья Google ученый
Кук Т.R. et al. Поставка и хранение солнечной энергии для мира наследия и мира, не относящегося к наследию. Chem. Ред. 110 , 6474–6502 (2010).
CAS Статья Google ученый
Swierk, J. R. & Mallouk, T. E. Дизайн и разработка фотоанодов для водоразделительных фотоэлектрохимических ячеек, сенсибилизированных красителем. Chem. Soc. Ред. 42 , 2357–2387 (2013).
CAS Статья Google ученый
Канан, М.W. & Nocera, D. G. In situ образование катализатора, выделяющего кислород, в нейтральной воде, содержащей фосфат и Co 2+ . Наука 321 , 1072–1075 (2008).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Luo, J. S. et al. Фотолиз воды с эффективностью 12,3% с помощью перовскитных фотоэлектрических элементов и катализаторов, содержащих много земли. Наука 345 , 1593–1596 (2014).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Дасгупта, Н. П., Лю, К., Эндрюс, С., Принц, Ф. Б. и Янг, П. Д. Осаждение атомных слоев платиновых катализаторов на поверхности нанопроволок для фотоэлектрохимического восстановления воды. J. Am. Chem. Soc. 135 , 12932–12935 (2013).
CAS Статья Google ученый
Свиерк, Дж.R. et al. Органические сенсибилизаторы, не содержащие металлов, для использования в фотоэлектрохимических ячейках, сенсибилизированных красителями и расщепляющими воду. Proc. Natl Acad. Sci. США 112 , 1681–1686 (2015).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Сиболд, Дж. А. и Чой, К. С. Эффективное и стабильное фотоокисление воды фотоанодом ванадата висмута в сочетании с катализатором выделения кислорода оксигидроксида железа. J. Am.Chem. Soc. 134 , 2186–2192 (2012).
CAS Статья Google ученый
Геррини, Э. и Трасати, С. в Катализ для устойчивого производства энергии ред. Барбаро П., Бьянкини С. 235–269 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (2009).
Barbir, F. Электролиз PEM для производства водорода из возобновляемых источников энергии. Sol. Энергия 78 , 661–669 (2005).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Гандия, Л. М., Ороз, Р., Урсуа, А., Санчис, П. и Диегес, П. М. Производство возобновляемого водорода: характеристики электролизера на щелочной воде, работающего в условиях имитации ветра. Energy Fuels 21 , 1699–1706 (2007).
Артикул Google ученый
Холладей, Дж. Д., Ху, Дж., Кинг, Д. Л. и Ван, Ю. Обзор технологий производства водорода. Катал. Сегодня 139 , 244–260 (2009).
CAS Статья Google ученый
МакКрори, К. С. Л., Юнг, С., Петерс, Дж. К. и Джарамилло, Т. Ф. Тестирование гетерогенных электрокатализаторов для реакции выделения кислорода. J. Am. Chem. Soc. 135 , 16977–16987 (2013).
CAS Статья Google ученый
Сунтивич, Ю., Мэй, К. Дж., Гастайгер, Х. А., Гуденаф, Дж. Б. и Янг, С. Х. Оксид перовскита, оптимизированный для катализа выделения кислорода на основе принципов молекулярной орбиты. Наука 334 , 1383–1385 (2011).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Subbaraman, R. et al. Повышение активности выделения водорода при расщеплении воды за счет адаптации интерфейсов Li + -Ni (OH) 2-Pt. Наука 334 , 1256–1260 (2011).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Jin, H.Y. et al. In situ гибриды оксида кобальта-кобальта / легированного азотом углерода в качестве превосходных бифункциональных электрокатализаторов для выделения водорода и кислорода. J. Am. Chem. Soc. 137 , 2688–2694 (2015).
CAS Статья Google ученый
Накагава, Т., Бисли, К.А.И Мюррей Р. В. Эффективное электроокисление воды вблизи ее обратимого потенциала с помощью мезопористой пленки наночастиц IrOx. J. Phys. Chem. С 113 , 12958–12961 (2009).
CAS Статья Google ученый
Gao, M. R. et al. Эффективное окисление воды с использованием наноструктурированного α-гидроксида никеля в качестве электрокатализатора. J. Am. Chem. Soc. 136 , 7077–7084 (2014).
CAS Статья Google ученый
Луи, М.W. & Bell, A. T. Исследование тонкопленочных оксидных катализаторов Ni-Fe для электрохимического выделения кислорода. J. Am. Chem. Soc. 135 , 12329–12337 (2013).
CAS Статья Google ученый
Конг Д. С., Ван, Х. Т., Лу, З. Й. и Цуй, Ю. Наночастицы CoSe2, выращенные на бумаге из углеродного волокна: эффективный и стабильный электрокатализатор для реакции выделения водорода. J. Am. Chem. Soc. 136 , 4897–4900 (2014).
CAS Статья Google ученый
Voiry, D. et al. Повышенная каталитическая активность напряженных химически расслоенных нанолистов WS2 для выделения водорода. Нат. Матер. 12 , 850–855 (2013).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Эспозито, Д. В., Хант, С. Т., Киммел, Ю.К. и Чен, Дж. Г. Г. Новый класс электрокатализаторов для получения водорода путем электролиза воды: монослои металлов, нанесенные на недорогие карбиды переходных металлов. J. Am. Chem. Soc. 134 , 3025–3033 (2012).
CAS Статья Google ученый
Zhang, P. L., Wang, M., Yang, Y., Yao, T. Y. и Sun, L. C. Молекулярный медный катализатор для электрохимического восстановления воды с большой константой скорости образования водорода в водном растворе. Angew. Chem. Int. Эд. 53 , 13803–13807 (2014).
CAS Статья Google ученый
Menezes, P. W. et al. Шпинели на основе кобальт-марганца как многофункциональные материалы, объединяющие реакции каталитического окисления воды и восстановления кислорода. ChemSusChem 8 , 164–171 (2015).
CAS Статья Google ученый
Блур, Л.Г., Молина, П. И., Саймс, М. Д. и Кронин, Л. Электролитическое расщепление воды при низком pH с использованием метастабильных катализаторов с большим содержанием земли, которые самоорганизуются на месте. J. Am. Chem. Soc. 136 , 3304–3311 (2014).
CAS Статья Google ученый
Троточо, Л., Ранни, Дж. К., Уильямс, К. Н. и Ботчер, С. У. Электрокатализаторы тонкопленочного электрокатализатора из оксида металла, отлитого из раствора, для выделения кислорода. J. Am.Chem. Soc. 134 , 17253–17261 (2012).
CAS Статья Google ученый
Григорьев С.А., Порембский В.И., Фатеев В.Н. Производство чистого водорода электролизом ПЭМ для получения водородной энергии. Внутр. J. Hydrogen Energy 31 , 171–175 (2006).
CAS Статья Google ученый
Маршалл, А. Т., Сунде, С., Цыпкин, М. и Тунольд, Р. Характеристики электролизера воды на основе ПЭМ с использованием электрокатализаторов IrxRuyTazO2 для электрода выделения кислорода. Внутр. J. Hydrogen Energy 32 , 2320–2324 (2007).
CAS Статья Google ученый
Ченг, Дж. Б., Чжан, Х. М., Чен, Г. Б. и Чжан, Ю. Н. Исследование оксидов IrxRu1-xO2 в качестве анодных электрокатализаторов для электролиза воды с твердым полимерным электролитом. Электрохим. Acta 54 , 6250–6256 (2009).
CAS Статья Google ученый
Wei, G.Q. et al. Стабильность МЭБ при электролизе воды ТФЭ для получения водорода. Внутр. J. Hydrogen Energy 35 , 3951–3957 (2010).
CAS Статья Google ученый
Ленг, Ю. Дж. И др. Твердотельный электролиз воды с щелочной мембраной. J. Am. Chem. Soc. 134 , 9054–9057 (2012).
CAS Статья Google ученый
Цзэн К. и Чжан Д. К. Последние достижения в области электролиза щелочной воды для производства и применения водорода. Progr. Энергия сгорания. Sci. 36 , 307–326 (2010).
CAS Статья Google ученый
Лю, П.W. T. & Srinivasan, S. Достижения в технологии электролиза воды с упором на использование твердого полимерного электролита. J. Appl. Электрохим. 9 , 269–283 (1979).
CAS Статья Google ученый
Саймс, М. Д. и Кронин, Л. Разделение выделения водорода и кислорода во время электролитического расщепления воды с использованием буфера с электронно-связанными протонами. Нат. Chem 5 , 403–409 (2013).
CAS Статья Google ученый
Рауш Б., Саймс М. Д., Чисхолм Г. и Кронин Л. Отделение каталитического выделения водорода от окислительно-восстановительного медиатора оксида металла при расщеплении воды. Наука 345 , 1326–1330 (2014).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Маллук, Т. Э. Разделяй и властвуй. Нат.Chem. 5 , 362–363 (2013).
CAS Статья Google ученый
Vengatesan, S., Santhi, S., Jeevanantham, S. & Sozhan, G. Кватернизованные анионообменные компоненты поли (стирол-винилбензилхлорид) для щелочных водных электролизеров. J. Источники энергии 284 , 361–368 (2015).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Дай Дж.X., Li, S. F. Y., Xiao, T. D., Wang, D. M. & Reisner, D. E. Структурная стабильность стабилизированного алюминием гидроксида альфа-никеля в качестве положительного электрода для щелочных вторичных батарей. J. Источники энергии 89 , 40–45 (2000).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Олива, П., Леонарди, Дж., Лоран, Дж. Ф., Дельмас, К., Браконье, Дж. Дж. И Фигларц, М. Обзор структуры и электрохимии гидроксидов и оксигидроксидов никеля. J. Power Sources 8 , 229–255 (1982).
CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый
Гради, У. Э., Пандья, К. И., Свайдер, К. Э. и Корриган, Д. А. In situ Доказательство структуры ближнего края поглощения рентгеновского излучения для четырехвалентного никеля в электродах никелевых батарей. J. Electrochem. Soc. 143 , 1613–1616 (1996).
Артикул Google ученый
Корриган, Д.А. и Найт, С. Л. Электрохимические и спектроскопические доказательства участия четырехвалентного никеля в окислительно-восстановительной реакции гидроксида никеля. J. Electrochem. Soc. 136 , 613–619 (1989).
CAS Статья Google ученый
Барде, Ф., Паласин, М. Р., Чабре, Ю., Иснар, О., Тараскон, Ж.-М. In situ Порошковая нейтронная дифракция электрода из гидроксида никеля. Chem.Матер. 16 , 3936–3948 (2004).
Артикул Google ученый
Cheng, J. et al. Предварительные исследования однопоточного цинк-никелевого аккумулятора. Electrochem. Commun. 9 , 2639–2642 (2007).
CAS Статья Google ученый
Шивкумар Р., Калайнан Г. П. и Васудеван Т. Рабочие характеристики элемента Zn / NiOOH. Bull. Электрохим. 15 , 347–349 (1999).
CAS Google ученый
Adler, T.C. et al. Перезаряжаемый цинковый элемент со щелочным электролитом, который препятствует изменению формы цинкового электрода.