水素は、燃焼してもCO2などの有害な温室効果ガスを放出せず、水蒸気のみを放出するため、ほぼ理想的な燃料と見なされています。しかし、クリーンな燃料の時代はまだ到来していません。水素を生産するには高すぎるのです。その理由の1つは、このプロセスで貴金属触媒を使用していることです。
Tomsk Polytechnic University（TPU）の科学者は、プラチナ族金属のより手頃な代替品を見つけ、有望な材料である立方晶タングステンカーバイドを製造するための技術を開発しました。ロシアの研究者の発見がどのように水素燃料の広範な使用を近づけるのか-カットの下で。
なぜ水素なのか？
水素の需要は高まっており、その使用量は15年ごとに2倍になっています。この化学元素は石油産業で広く使用されています。
さらに、水素は、いわゆる経済の脱炭素化において重要な役割を果たします。これは、炭化水素の使用を回避することを意味します。燃料として、それは最も無害な選択肢の1つです。推定BloombergNEF（BNEF）、電気分解によって得られる、いわゆる「グリーン」水素2050年の34％への温室効果ガスの世界的な排出量を低減することができます。
今日、水素燃料市場の量は7000億ドルと推定されています。最近採択された欧州連合のすべての戦略文書では、水素は名前が付けられています COVID-19によって引き起こされた経済危機を克服するための成長の主な推進力。
生産の難しさ
水素は、純粋な形で地球上に実際には見られません。元素は、化学反応の結果として他の化合物から抽出されます。原則として、これは経済的に不採算であるか、工業用レールに載せるのが難しい生産です。科学者たちは、水素の生産をより安く、より簡単にするためのさまざまな方法を研究しています。結局のところ、これは世界がより環境に優しい燃料にどれだけ早く切り替えることができるかに直接影響します。
BNEFの専門家は、2030年までに「グリーン」水素のコストは2ドル/ kg強になり、鉄鋼生産などの産業で石炭や天然ガスとの競争を開始すると予測しています。そして2050年までに、化学元素は1グラムのCO2を生成することなく、最も安価な石炭と価格で競争できるようになります。
見通しは良好です。たとえば、1年前、ドイツの石油会社Shellは、電気分解による世界最大の水素製造プラントの1つを建設し始めました。年末までに操業を開始し、年間最大1,300トンの水素を生産できるようになる予定です。
より安い触媒
通常、水素電解では、白金族金属（白金、イリジウム、ルテニウム、およびそれらの誘導体）で作られた触媒が使用されます。それらはすべて貴金属に分類され、非常に高価です。
より安価な類似物は立方晶タングステンカーバイドです。その製造条件は単純ではありません。合成には3000°Cの温度と非常に急速な冷却が必要です。しかし、トムスク工科大学の科学者たちは、この材料を高い純度（最大95％）で製造できる装置を開発することに成功しました。
インストール-同軸マグネトプラズマアクセラレータ。プラズマジェットの助けを借りて、高温と超高速冷却を実現します。それらの速度は3km / sを超え、反応自体は1ms未満かかります。入手可能で比較的安価なタングステンとカーボンブラックの粉末が加速器に入れられます。デバイスの作業チャンバーでは、プラズマ化学反応中に初期粉末が立方晶タングステンカーバイドに変換されます。科学者たちは、科学雑誌Journal of Alloys andCompoundsで実験の結果を説明しました。
「反応中に得られた立方晶タングステンカーバイドのナノ粒子は、水から水素を得る反応にうまく使用されています。これにより、プラチナグループの希少で高価な貴金属の使用を最小限に抑えることができます」とTPU電気電気工学科の准教授であるIvanShanenkovは述べています。
次は何ですか
TPUの科学者は、Jilin大学とQingdao大学の中国人研究者とともに、この資料の有望な性質を確認しました。将来的には、科学者は材料の触媒活性を高め、水からの水素の電気触媒作用における高価な貴金属の使用を完全に放棄することを計画しています。
