Водородный топливный элемент нового типа
18.07.2005 13:42
Сотрудники Signa Chemistry Майкл Лефенфельд и Джеймс Дай хотели добиться приятного запаха в помещении, но вместо этого нашли способ воплощения в жизнь идеи водородных топливных элементов.
Нью-йоркская компания Signa предложила новый и, как она утверждает, чрезвычайно эффективный способ получения водорода. Он может стать решением одной из досадных проблем, стоящих на пути водородной экономики. Предполагается, что технологию компании можно использовать в топливных элементах, генерирующих достаточно электроэнергии для питания сотового телефона в течение недели или автомобиля в аварийных ситуациях. Кроме того, она способна уменьшить стоимость и сложность процессов в фармацевтическом производстве и нефтепереработке.
В основе способа лежит натрий, щелочной метал, который дает бурную реакцию при погружении в воду. При этом выделяется водород (наряду с побочными продуктами). Однако из-за шипения и брызг производственные компании избегают этой реакции.
Signa предложила смешивать натрий с силикагелем или кристаллическим кремнием, в результате чего образуется порошок, в котором молекулы натрия заранее лишаются своих электронов. При взаимодействии такого порошка с водой химическая реакция проходит спокойно. (Полученные молекулы водорода вступают во вторую реакцию с образованием электрического тока.)
Не менее важно и то, что выделение водорода из порошка происходит довольно эффективно. В водород превращается свыше 9% массы порошка, при этом в форме тепла теряется совсем небольшое количество энергии. "Вы бросаете его в воду, и он просто пускает пузыри, - пояснил в интервью Лефенфельд. - Большая часть тепла (выделяемого при реакции между натрием и водой) уходит на срывание электронов, которые высвобождаются и готовы к реакции".
Signa маленькая (в ней всего три штатных сотрудника), но уже известная компания. Она поставляет порошки химическим и фармацевтическим фирмам и работает с производителем топливных элементов над созданием прототипов. В ближайшее время она объявит о заключении соглашения с крупным химическим дистрибьютором. Сама Signa находится в Нью-Йорке, но материалы для нее - около 10 кг в день - производят по контракту в Буфало (штат Нью-Йорк).
Водород - это топливо будущего, а может быть и очередная несбывшаяся надежда. В Японии Panasonic приступила к испытаниям водородных отопительных систем, а Honda провела сертификацию автомобиля с водородным двигателем. Однако другие считают, что дороговизна и энергоемкость производства и хранения этого газа возьмут верх над даваемыми им преимуществами. Сегодня самым распространенным способом получения водорода является электролиз чистой воды. Другие методы, такие как топливные элементы с замещением протонов на мембране (PEM), один из лучших водородных источников энергии, пока не доведены до ума. Однако альтернативные источники со сжиганием водорода, в частности, твердооксидный топливный элемент, демонстрируют успехи.
Чтобы закрепиться на рынке, Signa избрала путь минимального сопротивления. Она начнет с поставок продукта - порошка из натрия и кристаллического кремния - химическим предприятиям, которые потребляют большие количества материалов, хорошо знакомы с промышленными химическими процессами и понимают, в чем преимущества (и недостатки) натрия. "Фармацевтическим компаниям придется сделать несколько шагов, чтобы подойти к использованию щелочных металлов. Тоже относится и к нефтехимическому производству", - говорит Лефенфельд.
Следующим шагом станут топливные элементы. В основном компания будет сотрудничать с их производителями, создавая элементы для миниатюрных устройств типа телефонов или МР3-плееров. Несколько компаний уже разработали прототипы топливных элементов на основе метанола и на основе водорода в сочетании с твердыми оксидами. Однако метанол огнеопасен, а для твердооксидных топливных элементов требуется катализатор, который неизбежно уменьшает эффективность реакции. К тому же водородный топливный элемент способен давать больше энергии. Компания Millennium Cell работает над прототипом водородного топливного элемента, который производители ноутбуков получат к 2007 году.
С другой стороны, сторонники топливных элементов на основе метанола утверждают, что их продукты безопасны и испытываются уже несколько лет.
Водородные топливные элементы, изготавливаемые с применением порошка Signa, могут работать и в автомобилях, хотя пока не слишком экономично. "Их можно использовать для аварийного пробега в 50 миль, если закончится бензин, - пояснил Лефенфельд. - Это недорогой материал, но не такой дешевый, как бензин". Порошок для топливных элементов будет состоять из смеси натрия с селикагелем, которая дает меньше водорода, чем смесь с кристаллическим кремнием, но потенциально более экологически чистая.
Но раз этот способ столь эффективен и использует хорошо известные и доступные материалы, то почему же он не применялся раньше? Лефенфельд, кандидат химических наук Колумбийского университета, признает, что ему помогла удача, а также то, что все сторонились этих материалов. "Эту часть периодической таблицы, как правило, игнорируют", - сказал он.
Двое исследователей пытались получить заменитель аэрозоли для распыления ароматизаторов, которые представляют собой смесь масел с водой. "Ароматизирующие масла трудно отделить от воды, - говорит Лефенфельд. - Щелочные металлы помогают в этом, но их проблема в обилии выделяемой энергии". Первой мыслью было смешать натрий с твердыми кристаллическими веществами цеолитами. Но они, к сожалению, дороги. Затем группе пришла идея использовать пористые силикагели, которые при аналогичных свойствах дешевле. Выделение большого количества водорода при таких реакциях и навело ученых на мысль о топливных элементах и промышленных приложениях.
Signa Chemistry предложила способ соединения натрия с водой для получения водорода - без обычного шипения и брызг. Сначала компания смешивает натрий с силикагелем или кристаллическим кремнием, получая порошок, в котором молекулы натрия заранее лишаются электронов. При соединении с водой химическая реакция проходит спокойно.
Источник: ZDNet Россия |
"Главное отличие заключается в появлении ощущения, что рынок оживился и кризис прошел"
"Для роста есть хорошие предпосылки"
"Правительство продолжает играть роль одного из основных драйверов развития ИТ"
"Многие компании вышли на объемы продаж докризисного периода"
"Основное отличие текущего года от 2009 - это его предсказуемость"
"2009 год был годом сохранения бизнеса, а 2010 год стал годом развития"
"Проекты 2010 года - это проекты 2010 года, а не то, что осталось от роскоши предкризисного периода"
"Мы видим возвращение компаний к докризисным планам и проектам"
Mеждународный конгресс по интеллектуальным системам и информационным технологиям 2010
