Топливные элементы — это системы, готовые заменить батареи в мобильных телефонах, ноутбуках и автомобилях. Они преобразуют энергию, получаемую при соединении кислорода и водорода, в электричество. Однако в настоящее время существуют проблемы с безопасным хранением водорода, хотя хорошим вариантом является использование инфраструктуры, генерирующей водородный газ внутри самого топливного элемента.
В таких случаях в качестве сырья обычно используется метанол. Например, вместо того чтобы заправлять автомобили или телефоны водородом, можно добавлять метанол, преобразуя его в водород по мере необходимости. Теперь исследователи из Университета Страны Басков (UPV/EHU) разработали устройство для улучшения этого процесса.
Они разработали специальную инфраструктуру: реактор, состоящий из микроканалов. Полученный микрореактор в сто раз меньше обычной реакторной системы. Размер реактора имеет решающее значение для всех этих мобильных устройств. «Разработка реактора, состоящего из микроканалов, — непростая задача», — объяснила Ойхане Санс, исследовательница из Департамента прикладной химии Университета Страны Басков (UPV/EHU). «Необходимо тщательно подобрать материалы, изготовить микроканалы, собрать систему и нанести каталитическое покрытие, среди прочего».
Как было установлено, эти реакторы, состоящие из микроканалов, помогают улучшить теплопередачу при преобразовании метанола в водород. Благодаря этому температура реакции должным образом контролируется, что минимизирует образование зон перегрева, в которых образуется монооксид углерода (CO). Если CO образуется вместе с водородом, он может загрязнить топливный элемент и помешать его правильной работе, что приведет к остановке производства энергии.
Стабильный катализатор
Аналогичным образом, выбор катализатора и использование соответствующего метода его размещения имеют решающее значение для наиболее эффективного протекания реакции. «Одна из самых больших проблем с этими микроканальными реакторами — это введение катализатора в такие крошечные каналы. Именно поэтому целью данного исследования было разработать стабильный катализатор и установить его в систему наилучшим возможным способом», — объясняет Санс.
В процессах получения водорода из метанола используются палладиевые (Pd) катализаторы, как и в данном случае. В частности, использовался PdZnO. Часто, «при интеграции катализаторов в реакторы, состоящие из микроканалов, характеристики катализаторов теряются. Однако с катализаторами, использованными в этом исследовании, помимо сохранения их характеристик, нам удалось легко осуществить процесс», — добавляет он.
При наличии соответствующей инфраструктуры и катализатора разработанный микрореактор производит 30 единиц жидкого водорода на единицу ртути; степень конверсии метанола составляет 95%, а степень конверсии оксида углерода (CO) — менее 1%. «Очень важно контролировать образование оксида углерода, поскольку он может загрязнять топливный элемент», — отмечает Санс.
«Были описаны системы, производящие большее количество водорода (12-50 л H2/ч), но степень конверсии метанола при этом ниже (около 80%, а в некоторых случаях всего 4%), и, кроме того, образуются продукты с низкой продуктивностью», — добавляет Санс, подчеркивая, что такая конструкция «позволяет нам разработать более чистый, безопасный и менее затратный процесс».
Исследование проводилось кафедрой прикладной химии факультета химических наук Университета Страны Басков (UPV/EHU) под руководством профессора Марио Монтеса. В работе также принимали участие группа под руководством профессора Хосе Антонио Одрисолы (ICMS, Объединенный центр США-CSIC) из Университета Севильи и группа под руководством профессоров Гурутце Арсаменди и Луиса М. Гандиа из Государственного университета Наварры.
Библиографическая ссылка
Ф. Дж. Эчаве, О. Санс, М. Монтес. «Нанесение покрытия на микроканальные реакторы с помощью катализатора PdZnO для паровой конверсии метанола». Прикладной катализ А: Общие положения: 159-167, 2014.
Источник: SINC Agency
