Учени генерират „зелен“ водород от урина
Изследователи са разработили две уникални енергийно ефективни и рентабилни системи, които използват урея, намираща се в урината и отпадъчните води за генериране на водород.
Уникалните системи разкриват нови пътища за икономично генериране на „зелен“ водород, устойчив и възобновяем енергиен източник, и потенциал за рекултивация на азотни отпадъци във водни среди.
Обикновено водородът се генерира чрез електролиза за разделяне на водата на кислород и водород. Това е обещаваща технология за справяне с глобалната енергийна криза, но процесът е енергоемък, което го прави твърде скъп в сравнение с извличането на водород от изкопаеми горива (сив водород), което само по себе си е нежелан процес поради генерираните въглеродни емисии.
За разлика от водата, електролизната система, която генерира водород от урея, използва значително по-малко енергия.
Въпреки това предимство, съществуващите системи на базата на урея са изправени пред няколко ограничения, като например ниските количества водород, които могат да бъдат извлечени, и генерирането на нежелани азотни странични продукти (нитрати и нитрити), които са токсични и конкурират производството на водород, което допълнително намалява общата ефективност на системата.
Изследователи от Центъра за върхови постижения в областта на въглеродните науки и иновациите към Австралийския изследователски съвет (COE-CSI) и Университета в Аделаида са разработили две електролизни системи на базата на урея, които преодоляват тези проблеми и могат да генерират зелен водород на цена, която са изчислили като сравнима или по-евтина от цената на производството на сив водород.
Изследването за всяка система е публикувано в отделни статии, едната в списанието Angewandte Chemie International Edition, а другата в Nature Communications. Докторантът Синтонг Гао е първият автор на статията в Angewandte Chemie International Edition и е от екипа на университета, ръководен от главния изследовател на COE-CSI, професор Яо Женг, и професор Шижанг Цяо, заместник-директор и главен изследовател на COE-CSI, които са от Училището по химично инженерство.
Производството на водород от чиста урея не е ново, но екипът е открил по-достъпен и рентабилен процес, който използва урина като алтернативен източник на чистата урея.
„Въпреки че не сме решили всички проблеми, ако тези системи бъдат мащабирани, нашите системи ще произвеждат безвреден азотен газ вместо токсичните нитрати и нитрити, а и двете системи ще използват между 20 и 27% по-малко електроенергия от системите за разделяне на вода“, казва професор Джън.
„Трябва да намалим разходите за производство на водород, но по въглеродно неутрален начин. Системата в първата ни статия, макар и да използва уникална безмембранна система и нов катализатор на медна основа, използва чиста урея, която се произвежда чрез процеса на синтез на амоняк на Хабер-Бош, който е енергоемък и отделя много CO2.
„Решихме това, като използвахме зелен източник на урея – човешка урина – което е основата на системата, разгледана във втората ни статия.“
Урината или уреята могат да се добиват и от канализация и други отпадъчни води с високо съдържание на азот. Урината в електрокаталитична система обаче представлява друг проблем. Хлорните йони в урината ще предизвикат реакция, генерираща хлор, който причинява необратима корозия на анода на системата, където се случва окисление и загуба на електрони.
„В първата система разработихме иновативна и високоефективна безмембранна система за електролиза на урея за нискобюджетно производство на водород.“ „В тази втора система разработихме нов механизъм за окисление, медииран от хлор, който използва катализатори на основата на платина върху въглеродни носители за генериране на водород от урина“, казва професор Цяо.
Платината е скъп, благороден и ограничен метал и нарастващото ѝ търсене като каталитичен материал е неустойчиво. Основна мисия на Центъра за върхови постижения в областта на въглеродните науки и иновации на ARC е да даде възможност за трансформативни технологии за въглеродни катализатори за традиционната енергийна и химическа промишленост.
Екипът на Университета в Аделаида ще надгради това фундаментално изследване, като разработи катализатори от неблагородни метали, поддържани от въглерод, за изграждане на безмембранни системи за отпадъчни води от урина, постигайки по-нискоразходно извличане на зелен водород, като същевременно се рекултивира средата с отпадъчни води.
Източник на материала: Science daily
Източник на изображения:
