Междисциплинарная группа в POSTECH разработала технологию, которая устраняет ключевые ограничения в производстве чистого водорода с использованием микроволн. Они также успешно выяснили базовый механизм этого инновационного процесса. Их выводы, опубликованные на внутренней обложке журнала Journal of Materials Chemistry A , знаменуют собой преобразующий шаг в стремлении к устойчивой энергетике.
Поскольку мир отказывается от ископаемого топлива , чистый водород стал ведущим кандидатом на энергию следующего поколения из-за его нулевых выбросов углерода. Однако существующие технологии производства водорода сталкиваются со значительными препятствиями. Традиционные термохимические методы, которые основаны на окислении-восстановлении оксидов металлов, требуют чрезвычайно высоких температур до 1500°C. Эти методы не только энергоемки и дороги, но и сложны в масштабировании, что ограничивает их практическое применение.
Чтобы решить эти проблемы, команда POSTECH обратилась к знакомому, но недостаточно используемому источнику энергии: энергии «микроволн», тому же источнику, который используется в бытовых микроволновых печах. Хотя микроволны обычно ассоциируются с разогревом пищи, они также могут эффективно управлять химическими реакциями.
Исследователи продемонстрировали, что микроволновая энергия может снизить температуру восстановления легированного гадолинием церия (CeO 2 ) — эталонного материала для производства водорода — до уровня ниже 600 ℃, что снижает требования к температуре более чем на 60%. Примечательно, что было обнаружено, что микроволновая энергия заменяет 75% тепловой энергии, необходимой для реакции, что является прорывом для устойчивого производства водорода.
Другое важное достижение заключается в создании «кислородных вакансий», которые являются дефектами в структуре материала, необходимыми для расщепления воды на водород. Традиционные методы часто требуют часов при чрезвычайно высоких температурах для образования этих вакансий. Команда POSTECH достигла тех же результатов всего за несколько минут при температурах ниже 600°C, используя микроволновую технологию. Этот быстрый процесс был дополнительно подтвержден с помощью термодинамической модели, которая предоставила ценную информацию о механизме, лежащем в основе реакции, управляемой микроволнами.
Профессор Хёнгю Джин заявил: «Это исследование может произвести революцию в коммерческой жизнеспособности термохимических технологий производства водорода. Оно также проложит путь к разработке новых материалов, оптимизированных для химических процессов, управляемых микроволнами».
Профессор Гунсу Юн добавил: «Внедрение нового механизма, работающего на микроволнах , и преодоление ограничений существующих процессов — это крупные достижения, ставшие возможными благодаря тесному междисциплинарному сотрудничеству нашей исследовательской группы».
