Реферат: Сокращение запасов традиционного углеводородного топлива, увеличение капиталовложений на освоение новых месторождений, возрастающая потребность в утилизации парниковых газов повышают конкурентоспособность технологий получения энергии из возобновляемых источников. Из-за непостоянства природных факторов выработка энергии солнечными батареями, ветроэлектрогенераторами, малыми ГЭС, волновыми, приливными и геотермальными электростанциями имеет суточную и сезонную периодичность. Основным направлением решения данной проблемы является запасание энергии, но аккумуляторные хранилища дороги и недолговечны, поэтому аккумулирование электроэнергии в водородном цикле выступает в качестве основного сценария перехода мировой энергетики к безуглеродным энергоносителям. Чрезвычайно низкая плотность и высокая коррозионная активность водорода ставит вопрос его перевода в компактное состояние, например, в виде химических соединений. Среди них гидриды занимают лидирующие позиции по содержанию водорода, который можно получать двумя способами: термолизом и гидролизом. Наибольшее внимание в изучении термических процессов получения водорода уделяется вопросу снижения температуры газогенерации и повышения её скорости для MgH2, AlH3, LiAlH4, NaAlH4, NH3BH3 и LiBH4. В настоящий момент предлагается увеличить подвижность водорода в гидридах за счет повышения его дисперсности, дефектности кристаллической решетки, формирования дополнительных центров адсорбции/десорбции и спилловера водорода за счет введения каталитических добавок. Негативным последствием повышения реакционной способности гидридов выступает их высокая чувствительность к кислороду и влаге воздуха, что может привести к пассивации поверхности, неконтролируемой газогенерации или воспламенению. Этих серьезных недостатков лишен процесс получения водорода при разложении амминборана (NH3BH3), который в присутствии катализаторов (солей и оксидов железа, никеля, кобальта и меди) и незначительного количества воды позволяет достичь высоких значений водородной емкости – 7,6 мас% за 20 минут при 85 C. При этом управлять процессом газогенерации можно с помощью фотокатализаторов (0,06%Ag/TiO2), которые выступают в качестве «оптических инициаторов» разложения гидридов, в том числе под видимым светом. В отличие от термических методов гидролиз гидридов обеспечивает получение водорода при температурах окружающей среды без дополнительного нагрева, т.к. взаимодействие их с водой сопровождается выделением большого количества тепла. Наиболее низкий тепловой эффект наблюдается при гидролизе боргидрида натрия (NaBH4). Учитывая его высокую водородную емкость (10,5 мас%) и стабильность на воздухе было предложено использовать этот гидрид для создания твердых источников водорода – «водородных» таблеток. За счет введение в их состав катализаторов процесс генерации водорода начинается сразу после добавления воды из любого природного источника. Состав воды не влияет на чистоту получаемого водорода. Согласно данным ИК спектроскопии и хроматографического анализа, образующийся газ содержит только незначительное количество паров воды и может без дополнительной очистки и увлажнения подаваться в анодное пространство топливного элемента. Управлять скоростью выделения водорода из боргидрида натрия можно путем варьирования природы катализатора, его количества, дисперсности, морфологии и других физико-химических свойств. На сегодняшний день поиск активных, но дешевых катализаторов является одним из основных направлений развития исследований твердофазных водородаккумулирующих материалов на основе боргидрида натрия, что позволит снизить количество каталитической добавки в водородаккумулирующем материале, и, соответственно, увеличить его водородную емкость. Наиболее часто в состав твердофазных водородгенерирующих композиций добавляют соединения кобальта, которые сочетают высокую активность в процессе гидролиза боргидрида натрия с приемлемой ценой. Меньшая скорость генерации водорода наблюдается в присутствии никелевых катализаторов, но ведутся исследования, направленные на увеличение их активности, поскольку из-за востребованности в производстве литиевых источников питания стоимость кобальта в 6 раз превышает стоимость никеля. Для применения «водородных» таблеток ведутся исследования, направленные на создание газогенераторов на основе реакторов проточного и автоклавного типов. Некоторые из них уже прошли успешные испытания на совместимость с топливными элементами и термоэлекторопреобразователями. Был создан газогенератор для заправки водородом метеорологических зондов объемом 1,5 м3 в течение 15 минут. При его испытаниях была достигнута скорость газогенерации более 100 л водорода в минуту. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-08-00599.

Библиографическая ссылка: Нецкина О.В. , Комова О.В. , Озерова А.М. , Симагина В.И.
Водородгенерирующие композиции на основе гидридных соединений
Всероссийская научно-практическая конференция «Водород. Технологии. Будущее» 23-24 дек. 2020