Цивилизация
Самый распространенный элемент во Вселенной – водород — не дает покоя ученым, которые никак не могут придумать что-то, что позволит повсеместно использовать его в качестве топлива. И хранить водород трудно, поскольку он имеет тенденцию к испарению или норовит занять большое пространство и, смешавшись с воздухом, вполне может ни с того ни с сего взорваться.
Но научно-технический прогресс не стоит на месте, и постоянно мир узнает о новых разработках в области водородного топлива, которые порой выглядят довольно экстравагантно, но имеют реальную научную основу.
Вслед за новостью о рациональности использования карбонизированных волокон куриных перьев в перевозке водорода мир узнал новый способ получения этого самого водорода — из мочи. Соответствующая работа опубликована в журнале Chemical Communications.
Основу самых распространенных отходов на Земле составляет мочевина, в одной молекуле которой содержится четыре атома водорода. Очень важно то, что водородные связи в молекуле мочевины менее прочные, чем в молекуле воды.
Пропуская через раствор мочевины электрический ток, ученые смогли выделить из нее отдельный водород.
В своей работе авторы использовали электроды из никеля — не самого дорогого металла для изготовления электродов. Еще одним плюсом в пользу будущего повсеместного использования процесса выделения водорода из мочи является тот факт, что для разрушения водородных связей в молекуле мочевины достаточно напряжения 0,37В, что гораздо меньше, чем необходимые при электролизе воды 1,23В.
Данная технология, например, может применяться при очистке сточных вод. А вот журнал PhysOrg, рассказывая о получении водорода из мочи, красочно предлагает представить, что вы — водитель автомобиля на водородном топливе, и как вы посередине дальней дороги остановились по естественной нужде и совместили приятное с полезным:
освободили себя от лишней тяжести и при этом заправили свой автомобиль.
Персонаж известной советской комедии «Джентльмены удачи» Василий Алибабаевич попал в тюрьму за то, что «бензин ослиной мочой разбавлял». Похоже, что авторы сценария фильма, сами того не зная, предвосхитили технический прогресс.
Авторы другой работы, опубликованной в Chemical Communications, также совершили существенный прорыв, который может дать толчок к созданию инфраструктуры по использованию водородного топлива. Как известно, для автомобилей, которые работают на водороде, необходимы топливные баки сложной конструкции, которые свели бы к минимуму его потери. Лучшее, что пока человечество смогло придумать в данном направлении, не считая карбонизированных волокон куриных перьев, это баки, в которых содержатся пластины из сплавов металлов, которые, взаимодействуя с водородом, превращаются в гидриды.
Довольно широкое распространение в этом вопросе получил гидрид алюминия. Группе ученых, работавшей по заказу министерства энергетики США, удалось придумать и воплотить на практике схему с использованием электрохимического синтеза гидрида алюминия.<4>
Суть работы состоит в использовании более сложных металлических гидридов (например, алюмогидрида натрия NaAlH4, лития LiAlH4, калия KAlH4 или тетрогидрофурана C4H8O и т. д.) для формирования или разложения гидрида алюминия. Так, в схеме с использованием алюмогидрида натрия под действием электрического тока более сложный гибрид распадается на ион натрия, ион водорода, ион AlH4 и ион алюминия. При этом на выходе получается гидрид алюминия, а на входе идет постоянная подпитка водородом, которым периодически заправляется автомобиль.
Наличие замкнутого цикла по производству гидрида алюминия и его использование в качестве материала для хранения водорода и позволяет существенно снизить затраты на изготовление транспортного средства, работающего на водороде.
Кроме того, результаты работы могут использоваться в дальнейших исследованиях в области водородной энергетики, производства тонких пленок, а также утилизации и восстановления других материалов.