В условиях климатического кризиса водород становится перспективным источником энергии для перехода к низкоуглеродной экономике. В Бразилии особенно актуально производство водорода из этанола, полученного из биомассы: страна располагает развитой инфраструктурой для работы с этим биотопливом.
Исследование ученых из Института энергетических и ядерных исследований показало, что ключевую роль в превращении этанола в водород (через паровую конверсию этанола) играет керамический катализатор перовскитного типа. Реакция выглядит так: C2H5OH+3H2O→2CO2+6H2.
Особенностью разработки стало внедрение никеля (Ni) не на поверхность керамики, а в кристаллическую структуру материала. В процессе «экссолюции» на поверхности появляются наночастицы металлического никеля (Ni⁰), устойчивые к спеканию и осаждению углерода.
Эффективность катализатора зависит от температуры прокаливания оксида перед восстановлением. Испытания с прокаливанием при 650 °C, 800 °C и 1200 °C показали, что оптимальна температура 650 °C — она сохраняет большую площадь поверхности, тогда как более высокие температуры способствуют слиянию зерен, резко уменьшая эту площадь. Более мелкие керамические частицы способствуют выделению никеля и образованию более мелких, более активных наночастиц. Катализатор с такой обработкой обеспечил 100% конверсию этанола, выход 4,04 моль H2 на моль этанола и стабильную работу до 85 часов с низким образованием кокса.
Перовскиты — это материалы, определяемые не столько их специфическим химическим составом, сколько характерной кристаллической структурой ABO₃. Эта структура, впервые обнаруженная в природном минерале титанате кальция (CaTiO₃) — исходном перовските, — теперь воспроизводится синтетически и различными способами в лабораторных условиях. В этой архитектуре различные элементы могут занимать позиции A и B кристаллической решетки, что придает этим материалам исключительную структурную гибкость, позволяющую регулировать их электрические, ионные, магнитные и каталитические свойства.
Результаты подтверждают потенциал этанол‑водородного пути в Бразилии и роль перовскитов как ресурса для энергетического перехода: технология снижает зависимость от благородных металлов и повышает жизнеспособность устойчивого производства водорода.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что найден способ заменить дорогую платину в водородной энергетике.
