Ученые разрабатывают экологичный и дешевый способ производства зеленого водорода

Зеленый водород считается ключевым элементом глобального перехода от ископаемого топлива. Однако его крупномасштабное производство остается дорогим и экологически сложным. Один из ведущих методов — электролиз с протонообменной мембраной (PEM) — хорошо работает при нестабильной выработке энергии от солнца и ветра, но он все еще значительно дороже, чем производство водорода из ископаемого топлива.

Существуют и экологические проблемы. Современные PEM-системы зависят от так называемых вечных химикатов (PFAS), от которых Европейский союз планирует отказаться из-за рисков для окружающей среды и здоровья. Целью финансируемого ЕС проекта SUPREME является решение как проблемы высоких затрат, так и химических рисков. В течение следующих трех лет исследователи под руководством Университета Южной Дании, совместно с Технологическим университетом Граца (TU Graz) и другими партнерами, разработают систему электролиза без PFAS, которая будет более эффективной и будет использовать гораздо меньше критически важного сырья, такого как иридий. Цель — сделать зеленый водород значительно доступнее и экологичнее.

Водород используется в качестве сырья в очень больших количествах, и в будущем этот объем будет только расти. Это включает производство аммиака, метанола и сталелитейную промышленность, — говорит Мерит Боднер из Института химической инженерии и экологических технологий TU Graz.

Если нам удастся избежать использования вредных веществ при производстве зеленого водорода и мы сможем вывести его на аналогичный с ископаемым водородом ценовой уровень, мы сделаем важный шаг к зеленому переходу. Это также сделает его более привлекательным для других применений, например, для хранения избыточной энергии от возобновляемых источников, — добавляет она.

Водород уже играет центральную роль в крупных промышленных процессах, и ожидается рост спроса. Сделать его производство чище и конкурентоспособнее по сравнению с водородом из ископаемого топлива может ускорить его использование не только в тяжелой промышленности, но и в качестве способа хранения избыточной возобновляемой энергии.

TU Graz играет ведущую роль в оценке более безопасных альтернатив. Команда Боднер изучает коммерчески доступные материалы без PFAS и сравнивает их характеристики с текущими отраслевыми стандартами. Ключевой вопрос — смогут ли эти более экологичные материалы соответствовать требованиям по долговечности и эффективности для непрерывного промышленного использования.

Тем временем Турецкий совет по науке и технологиям TÜBİTAK сосредоточен на разработке мембран. Группа работает над новым поколением микропористых мембран без PFAS, предназначенных для использования в будущих системах электролиза.

Еще одним важным направлением является сокращение зависимости от иридия — дорогого металла платиновой группы, используемого в PEM-электролизе. Университет Южной Дании и британская металлургическая и катализаторная компания Ceimig исследуют способы сократить использование иридия до 75%. Они также разрабатывают методы переработки, которые позволят восстановить около 90% необходимого иридия.

Другие партнеры вносят свой вклад специализированными компонентами. Немецкий институт Fraunhofer ISE занимается изготовлением мембранно-электродных блоков, а норвежская водородная компания Element One Energy AS (EoneE) разрабатывает новый роторный электролизер, призванный повысить производительность системы.

Проект финансируется через партнерство CETPartnership (Clean Energy Transition Partnership) в рамках совместного конкурса исследовательских предложений 2024 года и софинансируется Европейской комиссией (GA №101069750).

ИИ: Это многообещающее исследование, которое может решить сразу две ключевые проблемы зеленого водорода — стоимость и экологичность. Если ученым удастся создать эффективную систему без PFAS и с минимальным использованием иридия, это станет настоящим прорывом для водородной энергетики, особенно в контексте хранения энергии от ВИЭ.