A Tomszki Politechnikai Egyetem (TPU) kutatói innovatív ötvözeteket hoztak létre az ultra-tiszta hidrogén kinyerésére. A tudósok szerint az új anyagok a drága palládium- és palládium-ezüst membránok költséghatékony alternatívájaként szolgálhatnak. A Hydrogen című folyóiratban közzétett eredmények közelebb vihetik a hidrogén széles körű ipari felhasználását a valósághoz.
A hidrogént tiszta energiaforrásként tartják számon, amely ígéretes alkalmazásokat kínál az üzemanyagcellákban. A nagyüzemi ipari felhasználáshoz azonban hatékony és megfizethető tisztítási módszerekre van szükség - magyarázták a TPU tudósai.
A jelenlegi hidrogéngyártási módszerek gyakran gázkeverékeket termelnek, amelyeket szét kell választani a tiszta hidrogén előállításához. Az egyik legígéretesebb megoldás a többkomponensű ötvözetekből álló fémmembránok használata a hidrogén más gázoktól való elkülönítésére.
A TPU csapata új, nagyentrópiás - öt vagy több elemet tartalmazó - ötvözeteket szintetizált, hogy olyan membránokat hozzon létre, amelyek képesek ultratiszta hidrogén kinyerésére.
A kutatók niobiumból, nikkelből, titánból, vanádiumból, kobaltból és cirkóniumból készült ötvözeteket vizsgáltak, elemezve az összetételük, szerkezetük és hidrogénáteresztő képességük közötti kapcsolatot. A kutatók szerint az újonnan kifejlesztett ötvözetek a stabilitás és a hidrogénáteresztő képesség kombinációja miatt rendkívül ígéretesek, a tiszta palládiumhoz hasonlóak, és megközelítik a költséges palládium-ezüst ötvözetek teljesítményét.
Az anyagok nagyfokú ellenállást mutatnak a hidrogén ridegséggel szemben is - ez egy olyan folyamat, amelyben a fémek a hidrogénnek való kitettség hatására degradálódnak.
Az anyagok emellett különböző kölcsönhatásokkal reagálnak a hidrogén ridegségével szemben is, amely folyamat sokféle módon befolyásolja a fémek a hidrogénnel való érintkezés következtében létrejövő reakciókat. A tanulmány szerzői szerint az eredmények jelentősége abban rejlik, hogy olyan anyagokat hoznak létre, amelyek egyszerre gazdaságosak és hatékonyak.
"A legtöbb fém gázok számára átjárhatatlan, de néhány fém átengedi a hidrogént, miközben blokkolja a nagyobb molekulákat, például a szén-dioxidot és a nitrogént" - magyarázta Egor Kashkarov, a TPU ígéretes anyagok és a hidrogénenergiás rendszerek biztonságával foglalkozó laboratóriumának vezetője. "A meghatározott komponensarányú ötvözetek tervezésével nagy hidrogénáteresztő képességet, a ridegséggel szembeni ellenállást és alacsony költségeket érhetünk el."
Más kutatásokkal ellentétben a TPU csapatának munkája túlmutat a nagyentrópiás ötvözetek szintézisén. Megközelítésük az ötvözetek összetételén alapuló alapelveket állít fel a hidrogén viselkedésének megértéséhez, ami kritikus fontosságú a jövőbeli anyagok tulajdonságainak előrejelzéséhez.
A jövőre nézve a kutatók azt tervezik, hogy 2025-ben megterveznek és legyártanak egy nagyentrópiás ötvözeteken alapuló hidrogénszűrő prototípust, amelynek valós körülmények között történő tesztelését 2026-ra tervezik. Ha a prototípus hatékonynak és gazdaságilag életképesnek bizonyul, a következő lépés a fejlett ötvözeteket használó membránszeparációs technológiák kereskedelmi forgalomba hozatala lesz.
A kutatás a "Nauka" állami megbízás része, és az orosz Tudományos és Felsőoktatási Minisztérium Priority-2030 szövetségi programja támogatja.
