Водород из металлолома: превращение банок из-под газировки и морской воды в чистую энергию

Водород — ключ к чистой энергии, но есть одна загвоздка: большинство методов производства пронизаны выбросами углерода и высокими затратами. Что, если бы мы могли перевернуть уравнение, превращая отходы в топливо с минимальным воздействием на окружающую среду?

Исследователи Массачусетского технологического института взломали код, используя реакцию алюминия с водой (AWR), процесс, который использует переработанный алюминий, отходящее тепло и восстановление сплавов для получения водорода с выбросами, составляющими лишь малую часть от обычных, всего 1,45 кг эквивалента CO₂ на килограмм водорода.

Изучив весь жизненный цикл процесса — от расчета выбросов углерода, связанных с получением и обработкой алюминия, его реакции с морской водой для получения водорода и транспортировки топлива на заправочные станции, где водители могли бы использовать водородные баллоны для питания двигателей или автомобилей на топливных элементах, — они подтвердили, что этот метод сокращает выбросы по сравнению с традиционным производством водорода.

За весь жизненный цикл этот процесс выбрасывает всего 1,45 кг CO₂ на килограмм произведенного водорода, что представляет собой разительный контраст с методами на основе ископаемого топлива, которые выбрасывают 11 кг CO₂ на тот же объем водорода.

Ведущий автор Эли Комбарги, доктор философии 25-го года рождения, окончивший этой весной Массачусетский технологический институт и получивший докторскую степень в области машиностроения, сказал: «Эта работа подчеркивает потенциал алюминия как источника чистой энергии и предлагает масштабируемый путь для внедрения водорода с низким уровнем выбросов в транспортные и удаленные энергетические системы».

В прошлом году команда нашла хитроумный способ обойти естественную устойчивость алюминия к реакции с водой — обработав его небольшим количеством галлия-индия. Этот сплав редких металлов снимает защитный слой, обнажая чистый алюминий. При смешивании с морской водой открытый алюминий вызывает реакцию, в результате которой получается чистый водород.

В чем же настоящая магия? Соль в морской воде способствует осаждению галлия-индия, что позволяет извлекать его и использовать повторно, создавая экономичный и устойчивый цикл непрерывного производства водорода.

Комбарги объяснил, что во время конференций команда часто представляла научные данные, лежащие в основе их процесса производства водорода. Однако наиболее распространенные вопросы, которые они получали, касались стоимости и углеродного следа — ключевых проблем масштабируемости и устойчивости.

Руководствуясь этими запросами, исследователи провели комплексный анализ, чтобы обеспечить тщательную оценку процесса как с экономической, так и с экологической точки зрения.

Исследователи решили ответить на вопрос, который скрывался в тени чистой энергии: каков фактический углеродный след производства водорода на основе алюминия? Чтобы выяснить это, исследователи провели оценку жизненного цикла, отслеживая каждый шаг процесса — от получения алюминия до транспортировки водорода после его производства.

Они выбрали 1 килограмм водорода в качестве эталона, предоставив потребителям возможность сравнения с реальным миром. Почему именно это количество? Потому что этого достаточно, чтобы обеспечить питание автомобиля на водородных топливных элементах на 60–100 километров в зависимости от эффективности.

Они обратились к Earthster, передовому инструменту оценки жизненного цикла, который черпает данные из обширного хранилища продуктов и процессов. Они изучили несколько сценариев, сравнив производство водорода с использованием первичного алюминия (добываемого из Земли) и вторичного алюминия (переработанного из таких продуктов, как банки из-под газировки). Они также учли различные методы транспортировки как алюминия, так и водорода.

После проведения обширных оценок группа определила сценарий с наименьшим уровнем выбросов: процесс, основанный на использовании переработанного алюминия и морской воды. Такой подход не только сокращает выбросы углерода, но и извлекает галлий и индий, что делает его экономически эффективной и самодостаточной системой.

Результаты были поразительными. Этот метод генерирует всего 1,45 кг CO₂ на килограмм водорода по сравнению с традиционными процессами, которые выбрасывают 11 кг CO₂ на килограмм водорода. Более того, стоимость топлива — примерно 9 долларов за килограмм — соответствует стоимости водорода, вырабатываемого с помощью ветровых и солнечных технологий, что делает его конкурентоспособной и масштабируемой альтернативой для зеленой энергетики.

Исследователи представляют себе систему производства водорода в промышленных масштабах, в которой алюминиевый лом из центров переработки измельчается в гранулы, обрабатывается галлием-индием и транспортируется в качестве твердого топлива вместо летучего газообразного водорода.

На заправочных станциях вблизи источников морской воды эти гранулы по мере необходимости будут смешиваться с соленой водой, запуская реакцию по производству чистого водорода, готового для потребителей для закачки в двигатели внутреннего сгорания или топливные элементы.

Но это еще не все. Этот процесс оставляет после себя бемит, побочный продукт на основе алюминия, используемый в производстве полупроводников и электроники. Если его восстановить и продать производителям, это может еще больше снизить затраты, сделав систему не только экологически устойчивой, но и экономически жизнеспособной.

Источник: https://www.techexplorist.com/hydrogen-scrap-turning-soda-cans-seawater-clean-energy/99675/