О том, что водород через несколько десятилетий станет одним из основных видов топлива в глобальной экономике, ученые говорят уже давно - сейчас в мире появляется множество разработок, способных упростить, удешевить или улучшить существующие механизмы его добычи. На юге России главным новатором в этой области стал Кабардино-Балкарский государственный университет имени Х. М. Бербекова, где сразу три научных подразделения задействованы в исследованиях водородных технологий.
Как рассказала корреспонденту "РГ" проректор по научно-исследовательской работе КБГУ и руководитель центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий университета Светлана Хаширова, такой рывок в области связанных с водородом технологий получился благодаря сильным научным школам вуза по полимерной химии, электрохимии и физике.
- Мы разрабатываем протонообменные полимерные мембраны, новые катализаторы взамен платины, создаем барьерные суперконструкционные полимеры, которые могут стать основой легких и прочных композитных баков. Кроме того, мы работаем над криоадсорбционным хранением водорода с использованием специально модифицированных природных сорбентов, - рассказала Светлана Хаширова.
Одна из ведущих технологий добычи зеленого водорода во всем мире - электролиз, который с помощью электричества разлагает воду на водород и кислород. Прибор для этого называется электролизер. В нем установлена протонообменная мембрана с катализатором из платины в сочетании с иридием. Ученые из КБГУ ищут замену благородному металлу, чтобы значительно снизить стоимость катализатора. К примеру, альтернативой может стать молибден, считает эксперт.
Также в университете разрабатывают собственные полимерные мембраны. При обычном электролизе теряется очень много энергии в виде тепла, поэтому производить водород дорого. Для экономичной работы как раз используются твердые полимерные мембраны. Они обладают высокой электропроводностью во влажной среде. Если использовать их вместо классического электролита, можно существенно уменьшить тепловые потери, но тогда мембраны работают при высокой температуре и значительном давлении. На них наносят платину, чтобы электроды не покрывались коррозией. Если ученые из КБР смогут найти решение, перспективы внедрения водородного топлива в России резко вырастут.
Но кроме добычи водорода промышленность сталкивается с проблемами его использования. Из-за крайне малого веса - элемент стоит первым в таблице Менделеева - сложно обеспечить его безопасное хранение и транспортировку.
- Нужны резервуары, в которых его можно безопасно перевозить, и сорбенты - материалы, которые бы его поглощали во время транспортировки и потом отдавали. Технологии существуют, но с изъянами. Мы проводим исследования в обоих направлениях, - рассказала Хаширова.
В качестве сорбента ученые используют порошок из природных материалов, и от его характеристик в значительной мере зависит удобство обращения с зеленым топливом. В КБГУ изучают разные варианты сорбентов и стараются подобрать их ключевые параметры для оптимального взаимодействия.
По словам эксперта, использование композитных материалов позволит снизить вес резервуаров в три раза и сделать их более доступными по цене.
- Сейчас в мире только начали разрабатывать новые полимерные материалы для водородной энергетики, высокоточные методики контролирования процессов газопроницаемости и сорбции водорода. Так что в этом направлении мы на передовой, - заявила проректор КБГУ.
Справка "РГ"
Изучением водородных технологий занимаются три подразделения Кабардино-Балкарского государственного университета. В следующем году все их компетенции объединятся в одной лаборатории. Это стало возможным после победы КБГУ в программе "Приоритет 2030". Лабораторию водородных технологий откроют совместно с Институтом проблем химической физики РАН. Сейчас заканчивается ремонт помещений, в которых разместится лаборатория. Почти все оборудование у ученых уже есть.
Результаты своих исследований ученые из КБР уже представили на II Всероссийской научно-практической конференции "Водород. Технологии. Будущее".
Тем временем
В ноябре 2020 года по инициативе ряда научных центров и университетов в России создали консорциум "Технологическая водородная долина". В 2021 году КБГУ вошел в состав этой структуры. Участники планируют тесное сотрудничество с крупнейшими компаниями РФ, заинтересованными в водородной энергетике.