Ставить крест на водородном топливе пока рано, говорят американские ученые. Эксперты из Национальной лаборатории Лос-Аламоса и Центра водородных исследований при Министерстве энергетики США разработали новый метод переработки содержащих водород химических соединений, который может сделать из «сомнительного» источника альтернативной энергии конкурентоспособное топливо, выгодное не только с экологической, но и с экономической точки зрения.
Водород в его различных проявлениях давно был признан специалистами перспективным топливом для транспорта. На основе этого газа можно создать топливные элементы, которые по своему КПД могли бы быть более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания. Его использование в топливном элементе также устраняет выработку токсичных выхлопов, негативно влияющих на окружающую среду.
Однако для практического использования идеальное топливо должно легко сжиматься, вмещая высокий энергетический потенциал в маленький объем бака. К сожалению, при нормальных условиях, у чистого водорода достаточно низкая плотность энергии на один объем единицы. Важная проблема с использованием водорода состоит в том, что его объем, достаточный для поездки в несколько сотен километров, практически невозможно сжать до стандартного бака. Учитывая, что этот газ легче воздуха в 14,5 раза, а его теплопроводимость выше теплопроводимости воздуха в семь раз, для обеспечения легкового автомобиля водородным топливом по своему КПД, эквивалентному обычному бензину, придется оснастить машину топливным баком, превосходящим по размерам сам автомобиль.
Решение этой проблемы американские химики увидели в использовании класса веществ, известных как химические гидриды, которые при определенной реакции высвобождают водород. Гидриды в данном случае выступают в роли «химических топливных баков», которые хранят необходимый запас водорода в сжатом состоянии до активизации мотора. Таким образом авторы исследования надеются использовать энергию водорода, заключенную в составе гидрида. Наиболее привлекательным примером такого «хранителя» водорода эксперты считают боран аммиака, потому как он содержит около 20% водорода от общей массы. Кроме того, боран аммиака способен впитывать водород и высвобождать его при температуре менее чем 80ºС. Однако недостатком этого материала является слишком низкая скорость выхода водорода. Кроме того, для повторной «зарядки водородом» боран аммиака требует слишком много энергии. Теперь же новая технология исследователей из Лос-Аламоса и Алабамы позволит проводить эффективную рециркуляцию этого соединения.
Исследовательская группа обнаружила, что одна из форм борана аммиака, названная полиборазиленом, может быть переработана обратно в исходное вещество с относительной легкостью и скромными затратами энергии. Причем все реакции обращения могут протекать в одной емкости. «Результаты исследования представляют собой прорыв в вопросе хранения водорода и имеют существенное практическое значение, — заявил доктор Гин Петерсон, лидер отдела химии лаборатории Лос-Аламоса. — Открытие является настолько инновационным, что достижения нашей исследовательской группы были тут же замечены». В настоящее время ученые плотно сотрудничают с коллегами из компании Dow Chemical, чтобы перейти от теоретических разработок к крупномасштабному выпуску топлив, основанных на новой технологии.
Между тем модификацией борана аммиака не менее успешно занимаются и другие научные центры. Так, исследователи из американской Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории обнаружили, что в масштабе наночастиц боран аммиака выпускает водород в 100 раз быстрее, нежели в обычном своем состоянии. Однако чтобы получить возможность практического осуществления данного открытия, нужно было найти способ создания целых блоков этого материала, состоящих из наноформ вещества. В качестве базы для такого топливного элемента ученые предложили использовать кварц с мельчайшими порами диаметром примерно 6,5 нанометра. В эти поры они закачали раствор борана аммиака, который естественно распределился в наноформочки. Вполне вероятно, что, совместив разработанные методики, исследователи смогут создать высокоэффективное водородное топливо, отличающееся не только экологичностью и экономичностью, но и высоким КПД.
