Исследователи из Сиднейского университета представили метод получения чистого водорода прямо из морской воды — без сложных электролизеров и дорогих мембран.
В основе технологии жидкий металл галлий. При его погружении в воду и воздействии света на его поверхности запускается химическая реакция. Металл взаимодействует с молекулами воды, образуя оксигидроксид галлия и высвобождая молекулярный водород. Максимальная эффективность преобразования составила 12,9%.
Традиционный электролиз требует предварительной очистки воды и значительных энергозатрат. Новый процесс исключает оба этих требования и не нуждается в дорогостоящих катализаторах на основе платины или иридия.
Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм
ТОП-10 неочевидных химических элементов в энергетике
Мы привыкли связывать энергетику с углем, нефтью, газом и ураном. Но на самом деле ее фундамент сегодня — это химия материалов, редкие элементы и тонкая инженерия. Современная энергетика всё меньше зависит от сжигания топлива и всё больше — от свойств атомов, сплавов и кристаллов.
Перед вами обзор десяти химических элементов, которые редко ассоциируются с энергетикой напрямую, но без которых современная энергосистема просто не смогла бы работать.
10. Никель (Ni)
Никель — ключевой элемент современных литий-ионных аккумуляторов. Он входит в состав катодов (NMC, NCA), повышая энергетическую плотность батарей. Именно никель позволяет электромобилям проезжать сотни километров на одном заряде и делает аккумуляторы более «ёмкими» при том же весе.
В перспективе роль никеля будет только расти. Спрос на него напрямую связан с развитием электромобилей и систем хранения энергии. Главный вызов — экологичность добычи и переработки, поэтому всё больше внимания уделяется рециклингу батарей и поиску источников никеля с меньшим углеродным следом.
Никель (Nickel)
9. Медь (Cu)
Медь — это настоящая «кровеносная система» энергетики. Она используется в кабелях, трансформаторах, генераторах, электродвигателях и солнечных панелях. Высокая электропроводность делает медь незаменимой для передачи и распределения электроэнергии.
Энергетический переход превращает медь в стратегический ресурс. Электромобили требуют в 2–4 раза больше меди, чем автомобили с ДВС, а развитие ВИЭ и накопителей резко увеличивает спрос. В будущем ключевой задачей станет эффективная переработка меди и снижение потерь при ее использовании.
Медь (Copper)
8. Диспрозий (Dy)
Диспрозий добавляют в неодимовые магниты, чтобы они сохраняли свои свойства при высоких температурах. Это особенно важно для электродвигателей и генераторов, работающих под нагрузкой — например, в электромобилях и ветряных турбинах.
Спрос на диспрозий может вырасти по мере ужесточения требований к надёжности оборудования. Однако редкость этого элемента делает его потенциальным «узким местом» энергоперехода, поэтому активно ведутся исследования по снижению его содержания в магнитах или поиску альтернатив.
Диспрозий (Dysprosium)
7. Индий (In)
Индий широко применяется в виде оксида индия-олова (ITO) — прозрачного проводящего слоя. Он используется в солнечных панелях, дисплеях и сенсорных поверхностях, сочетая прозрачность и электропроводность.
Перспективы индия связаны с развитием тонкопленочной солнечной энергетики и «умных» окон, способных не только пропускать свет, но и генерировать электроэнергию прямо в зданиях.
Индий (Indium)
6. Галлий (Ga)
Галлий — ключевой элемент современной силовой электроники. Полупроводники на основе нитрида галлия (GaN) применяются в инверторах, зарядных станциях и блоках питания для ВИЭ и электромобилей.
В энергетике будущего GaN-технологии позволяют снижать потери энергии и уменьшать размеры оборудования. Это критично для быстрых зарядок, солнечных инверторов и энергосетей нового поколения, поэтому значение галлия будет только расти.
Галий (Gallium)
5. Платина (Pt)
Платина — основной катализатор в водородных топливных элементах и электролизерах. Она ускоряет химические реакции, практически не расходуясь, что делает возможным эффективное производство электричества и водорода.
Будущее платины тесно связано с развитием водородной энергетики. Главная задача — сократить ее количество в устройствах или найти альтернативы, поскольку платина дорога и редка. Тем не менее в ближайшие десятилетия без неё водородный сектор обойтись не сможет.
Платина (Platinum)
4. Цинк (Zn)
Цинк широко используется для защиты стали от коррозии — от опор линий электропередачи до корпусов ветряных турбин. Кроме того, он применяется в цинк-воздушных и цинк-ионных аккумуляторах.
В перспективе цинковые батареи рассматриваются как более безопасная и дешёвая альтернатива литиевым для стационарного хранения энергии. Они менее пожароопасны и основаны на более доступном сырье.
Цинк (Zink)
3. Бор (B)
Бор применяется в стекле для солнечных панелей, где он повышает термостойкость и прочность. Также бор играет важную роль в ядерной энергетике, выступая поглотителем нейтронов и элементом систем безопасности.
В будущем бор будет востребован в термостойких материалах, новых накопителях энергии и реакторах следующего поколения. Его вклад редко заметен, но именно он обеспечивает надежность энергетических систем.
Бор (Boron)
2. Ванадий (V)
Ванадий — ключевой элемент ванадиевых редокс-батарей, которые используются для крупномасштабного накопления энергии. В таких системах энергия хранится в жидких электролитах, что позволяет практически неограниченное число циклов заряда и разряда без деградации.
Эти батареи особенно перспективны для балансировки солнечных и ветровых электростанций. Ванадиевые накопители безопасны, долговечны и хорошо подходят для работы в энергосетях, где важна надежность, а не компактность.
Ванадий (Vanadium)
1. Гафний (Hf)
Гафний применяется в ядерной энергетике благодаря способности эффективно поглощать нейтроны. Он используется в управляющих стержнях реакторов и в высокотемпературных сплавах.
Перспективы гафния связаны с развитием новых типов ядерных реакторов и материалов для экстремальных условий. Несмотря на высокую стоимость, в критически важных зонах он остается незаменимым.
Гафний (Hafnium)
Вопрос атомов
Современная энергетика все меньше похожа на мир дымящихся труб и все больше — на сложную мозаику из материалов, технологий и химических элементов. Часто именно «второстепенные» элементы определяют, насколько эффективной, устойчивой и надежной будет энергетическая система будущего.
Энергопереход — это не только вопрос источников энергии, но и вопрос атомов. И чем глубже мы понимаем роль этих незаметных элементов, тем лучше можем подготовиться к миру, где энергия станет чище, сложнее и технологичнее.
Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм
Ученые Сибирского федерального университета предложили новый способ переработки отходов алюминиевого производства для получения ценного металла галлия. Этот способ позволяет извлекать стратегически важный продукт из практически не перерабатываемых углеродсодержащих отходов.
Как рассказали «Энергии+» авторы разработки, процесс выделения галлия из отходов алюминиевого производства включает несколько стадий. Сначала отходы (углеродный концентрат) сжигают, что приводит к концентрированию галлия в золе. После этого ее обрабатывают кислотами, чтобы содержащийся в золе галлий перешел в раствор. Затем настает очередь сорбентов.
Вместе с галлием из золы в раствор переходит много побочных компонентов — например, алюминий, железо, кальций. Их нужно отделить, чтобы получить чистый продукт. Для этого используются полимерные смолы — распространенные промышленные сорбенты.
— Ольга Буйко. Сотрудник Сибирского федерального университета.
Остается только отделить галлий от сорбента обработкой дистиллированной водой и осадить его из раствора на галламу — сплав галлия и алюминия. В результате, отмечает Ольга Буйко, получается технический галлий, который можно дополнительно очистить и использовать — например, в электронике для производства полупроводников.
Процесс выделения металла из отходов в лаборатории занимает примерно день. При промышленном производстве сроки удлинятся — придется ждать, пока накопится достаточно углеродного концентрата.
По словам авторов разработки, в год на предприятиях образуется 10–70 тысяч тонн углеродного концентрата, который складируется. Вместе с ним в отходы попадает 6–40 тонн галлия.
Технология прошла лабораторные испытания и готова к промышленному масштабированию.
- Да ну что, что Китай подло ограничивает экспорт галлия тем, кто производит оружие против Китая, там не один Китай производит же. Пойдём к следующему в списке производителей, кто это там? - Россия... - ... Не, ну не страшно, ведь ещё есть производители, к ним тогда. - Следующий Украина, но ... - Вот, вот, отлично, Япония с Украиной - братья навек! - ... но украинское производство галлия целиком находится на территории Донбасса, его можно просто приплюсовать к российскому. - ДА БЛ@. Сами ведь тоже можем, так? - Ну да, почти три тонны в год... Надо или родить замену арсениду галлия в микросхемах, или немного, раз в 10-12, снизить производство...
Секретарь кабинета министров Японии Хирокадзу Мацуно обещает Китаю "надлежащий ответ, если эти ограничения несправедливы с точки зрения международных правил (например, ВТО)":
Переставать продавать Китаю микросхемы по звонку из США - это "нормальная международная практика". Когда Китай решает продавать свою собственную продукцию только по контрактам, чтобы видеть, куда она идёт - не на ракеты ли против Китая - это визг, "несправедливо", "ща в ВТО обратимся".
Комичен сам путь - Япония за сутки прошла от "да нам пофигу", через "да мы справимся", до "мама, мама, меня обижают, я жаловаться буду!".
По отношению к алюминию и его сплавам галлий является мощным понижателем прочности (жидкометаллическое охрупчивание), т.к. смачивание алюминия плёнкой жидкого галлия вызывает его стремительное окисление.
