Отходы биомассы помогают извлекать водород и формиат в процессе электролиза с более низкой энергией

Группа исследователей разработала высокоэффективную электрохимическую систему, которая одновременно производит водород и ценные химические вещества, используя глицерин — недорогой и широко распространенный побочный продукт производства биодизеля. Результаты исследования опубликованы в журнале Joule .

Данное исследование имеет важное значение, поскольку оно заменяет анодную реакцию выделения кислорода (OER), являющуюся ключевым узким местом в традиционном электролизе воды, тем самым снижая общее напряжение ячейки, повышая энергоэффективность и расширяя область применения электрохимических технологий преобразования.

Водород привлекает все больше внимания как ключевой источник энергии в эпоху углеродной нейтральности, и для его экологически чистого производства активно разрабатываются различные технологии электролиза воды. Однако традиционные системы электролиза имеют ограничения, связанные с реакцией выделения кислорода (OER) на аноде, которая требует больших энергозатрат и характеризуется медленной кинетикой, что снижает общую эффективность процесса и экономическую целесообразность.

Для решения этих задач исследовательская группа под руководством Джучана Янга, ведущего научного сотрудника Корейского института материаловедения (KIMS), в сотрудничестве с профессором Джи-Вук Чжаном, Ханквоном Лимом и Хосиком Ли из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) разработала систему электролиза воды с анионообменной мембраной (AEMWE), которая использует глицерин в качестве альтернативного сырья и применяет реакцию окисления глицерина (GOR) на аноде в качестве стратегии парного электролиза.

Глицерин, распространенный и недорогой побочный продукт производства биодизеля, позволяет проводить реакцию с меньшими затратами энергии по сравнению с традиционным электролизом воды.

Команда также использовала катализатор на основе недрагоценных металлов с добавлением меди и кобальта , достигнув высокой каталитической активности и стабильности без использования дорогостоящих благородных металлов. Система продемонстрировала высокую плотность тока 110 мА/см² при относительно низком напряжении ячейки 1,31 В.

Примечательно, что эта технология позволяет одновременно производить водород и химическое сырье, такое как формиат, что отличает ее от традиционных процессов электролиза воды, которые производят только водород.

Система продемонстрировала высокую селективность, составляющую приблизительно 96%, по отношению к целевому химическому продукту (формиату), а стабильная работа была подтверждена в электролизерной ячейке большой площади 79 см², что свидетельствует о ее потенциале для практического промышленного применения.

Эта технология представляет собой перспективную электрохимическую платформу, которая одновременно производит водород и химическое сырье с использованием отходов биоресурсов, обеспечивая как снижение производственных затрат на экологически чистый водород, так и повышение эффективности использования ресурсов.

В частности, в нем представлена ​​стратегия углеродно-нейтрального производства, которая объединяет энергетические и химические производственные процессы, способные заменить традиционные системы раздельного производства.

Кроме того, система масштабируема для непрерывной работы и применения в мегаваттном (МВт) масштабе, что подчеркивает ее потенциал как практической технологии для промышленного внедрения.

«Это исследование демонстрирует крупномасштабный синтез недорогих катализаторов из недрагоценных металлов и подтверждает их эффективность в коммерчески значимых электролизерных системах для одновременного производства водорода и химической обратной связи», — сказал Джучан Ян, ведущий научный сотрудник Корейского института материаловедения.

Профессор Джи-Вук Чан из Национального института науки и технологий Ульсана добавил: «Технологии, которые преобразуют побочные продукты биопроизводного, такие как глицерин, в ценные химические вещества, представляют собой ключевую стратегию для одновременного продвижения углеродной нейтральности и водородной экономики».

Источник: https://phys.org/news/2026-04-biomass-hydrogen-formate-energy-electrolysis.html