Нефть на Земле не бесконечна, и ее запасы могут подойти к концу, по разным оценкам, через 50-100 лет. При этом с годами она будет становиться дороже. Легкодоступные месторождения исчерпают первыми, затем придется переходить к добыче шельфовой и арктической нефти. Заменить традиционное топливо может водород, однако он очень летуч и легко воспламеняется, а его атомы настолько малы, что газ способен проникать через разнообразные материалы. Чтобы использовать его в двигателях внутреннего сгорания, нужны новые технологии.
Ученые КБГУ победили в конкурсе, проводимом Российским научным фондом в рамках программы "Приоритет-2030". Полученные средства пошли на разработку современных материалов для хранения и аккумулирования водорода. Они необходимы электронной, энергетической, машиностроительной и оборонной промышленности. Сумма гранта - три миллиона рублей, срок реализации проекта - два года.
- Принципиально новым в проекте является то, что получение двух- и трехкомпонентных интерметаллидов станет результатом совместного электровыделения на чужеродной подложке компонентов синтезируемого интерметаллида из ионного расплава и последующего их взаимодействия на атомарном уровне с образованием нано-, субмикро-, микродисперсных порошков, - рассказал корреспонденту "РГ" руководитель грантового проекта, заведующий кафедрой неорганической и физической химии КБГУ, профессор Хасби Кушхов.
Соединения интерметаллидов, над которыми идет работа, дешевле, чем палладий, но значительно лучше сорбируют водород. Хотя считается, что емкости из палладия хорошо сохраняют водород и он является одним из основных материалов для этих целей.
Но самое важное, что ученые Кабардино-Балкарии, благодаря использованию новых материалов, смогут снизить температуру сорбирования водорода. Это серьезный шаг на пути к созданию качественных водородных двигателей. Обычно газ, который стоит первым в таблице Менделеева, поглощается и выделяется материалами при критических температурах.
- Наши исследования очень помогут при разработке новейших водородных двигателей. Очень важно, чтобы материалы можно было использовать при низких температурах и таким образом снизить взрывоопасность газа, при этом водород выделялся бы в необходимых количествах и не было бы его утечек. Сорбент на основе разрабатываемых соединений способен безопасно аккумулировать и транспортировать топливо, - подчеркнул Кушхов. - Газ в двигатель не закачать, он просто взорвется вместе с машиной. Поэтому водород аккумулируют в специальных сорбентах, потом он выделяется в необходимых количествах при умеренном нагреве - и двигатель работает. И его не нужно разогревать, повышать давление.
Ученые представят основы электрохимического способа получения материалов для хранения и аккумулирования водорода, электродных материалов с повышенной активностью, селективностью, толерантных к примесям в токообразующей реакции водородного топливного элемента. Для получения таких материалов будут использованы два основных синтетических подхода современной неорганической химии: метод электрохимического синтеза и синтеза новых веществ и материалов с использованием высокотемпературных ионных расплавов. Если говорить о теоретической составляющей, реализация научного проекта расширит существующие представления о многостадийных и многоэлектронных электрохимических реакциях в ионных расплавах.
Как рассказала корреспонденту "РГ" проректор КБГУ по научно-исследовательской работе, профессор Светлана Хаширова, сейчас ученые вуза работают над несколькими направлениями развития водородных технологий. Нужно найти новые способы сохранения и перевозки топлива. Над этим коллектив Центра водородных технологий при университете трудится уже два года.
- Мы занимаемся разработкой и поиском различных сорбентов из сырья, имеющегося в Кабардино-Балкарии. Создали собственную методику оценки сорбционных свойств материалов, она уже запатентована. Разработали специальные приставки к хроматографу. Уже выявили природные минералы, которые хорошо сорбируют водород, в частности много работаем с серпентинитом, - отметила Светлана Хаширова.
Серпентиниты - плотная горная порода, состоящая из нескольких видов минералов. Материал в небольших количествах используют при строительстве АЭС, а еще для отделки из-за красивого зеленого цвета. С начала 2022 года всеми направлениями исследований водородных технологий в университете занимается созданный благодаря госпрограмме "Приоритет 2030" центр. Здесь не только проводят исследования, связанные с генерацией, транспортировкой, использованием, хранением водорода, но также готовят специалистов в сфере водородной энергетики. .
Между тем
Согласно "дорожной карте" программы минэнерго "Развитие водородной энергетики в России" на 2020-2024 годы, производить этот газ будут крупные корпорации - "Росатом" и "Газпром". Компании введут в эксплуатацию пилотные водородные установки в 2024-м - на атомных электростанциях, объектах добычи газа и предприятиях по переработке сырья. В том же году планируется построить опытный полигон для железнодорожного транспорта, работающего на водороде.