Разработка наноструктурированных функциональных материалов для процессов получения и преобразования возобновляемого водорода

Ускоряющийся рост энергоемких технологий и других энергетических потребностей человечества, вызывает необходимость активной разработки новых процессов и материалов для получения и преобразования водорода (H2) с целью получения чистой и безопасной энергии. При этом в связи с экологическими проблемами критически важно, чтобы водород и топливо на его основе были получены из возобновляемых источников. В случае риформинга водно-органических смесей, это условие соблюдается и процесс может быть реализован как в классическом каталитическом исполнении (паровой и/или воднофазный риформинг), так и фото-/электрокаталитическом. Ключевой проблемой в этом направлении является разработка новых каталитических материалов с высокой активностью и стабильностью работы в широком температурном и временном интервале. Стоит отметить, что более экологичный и широко распространенный метод электролиза воды в свою очередь имеет существенный недостаток – высокую удельную стоимость произведенного водорода, которая существенно ограничивает его использование в широкомасштабном производстве H2. С другой стороны, важнейшей задачей является последующее преобразование полученного возобновляемого водорода с максимальной эффективностью и экологичностью. Этим критериям отвечают топливные элементы, в том числе твердоксидные топливные элементы, преобразующие энергию химической связи в электрическую энергию. Среди последних наибольший интерес в настоящий момент связан со среднетемпературными топливными элементами, обладающими высоким потенциалом практического использования. Однако в этом направлении остается нерешенной проблема разработки эффективных протон-проводящих электролитов, а также материалов катода и анода топливного элемента, которые требуют активных исследований и широких поисковых работ. В рамках данной научно-исследовательской работы для получения водорода предлагается комплекс каталитических подходов, которые основаны на преобразовании продуктов переработки биомассы, таких как спирты и углеводы, с использованием процессов парового и воднофазного риформинга, фотокаталитического риформинга, а также электрокаталитического выделения водорода из водных растворов указанных выше веществ. В отличие от «классических» методов получения водорода, все предлагаемые подходы базируются на процессах с так называемым нулевым углеродным циклом, то есть не приводят к выбросу в атмосферу дополнительных количеств оксидов углерода и являются экологичными. С другой стороны, в качестве исходного сырья используются доступные и дешевые продукты переработки биомассы, что позволяет в перспективе рассчитывать на дальнейшее практическое развитие данных подходов. В области поиска и разработки материалов среднетемпературных топливных элементов и катализаторов окисления водорода основное внимание будет уделено разработке перовскитоподобных оксидов на основе рассеянных и редкоземельных элементов.