Химикам США удалось разработать новый способ получения водорода (H₂) из растительного сырья. Он стал еще одним шагом в направлении к широкому использованию недорогого, эффективного и экологически чистого топлива.

James Dumesic с соавторами из университета Висконсина (Мэдисон, США) нагревали растительный экстракт глюкозы до 200°С под давлением в присутствии платинового катализатора, который в виде крошечных частичек был рассеян на матрице из пористого оксида алюминия. В результате происходило разложение глюкозы на водород, углекислый газ и небольшое количество метана [1].

Аналогичная процедура оказалась даже более эффективной, когда вместо глюкозы использовали метанол (метиловый спирт). Метанол и этанол (этиловый спирт) уже давно применяются как биотоплива, производимые из растительного сырья (кукуруза, пшеница). Однако водород является более качественным и чистым топливом. В сырье для его получения нет недостатка, глюкоза производится в громадных количествах, например из кукурузного крахмала при его обработке белками-ферментами.

Возможный источник глюкозы для получения водородного топлива

Глюкоза по своему химическому строению относится к углеводам, она, как известно, участвует в энергетическом обеспечении биологических процессов, протекающих в организме человека, а кроме того, является структурной единицей такого биополимера, как целлюлоза, участвующего в формировании механической прочности растительных тканей.

Группа под руководством Dumesic надеется, что по разработанной ими методике можно будет работать не только с чистой глюкозой, но и с отходами переработки растительного сырья, такими, как древесная масса, солома и т.п. В случае, если предложенная технология окажется достаточно дешевой, она может стать реальным выходом из нынешней ситуации практически тотальной зависимости от топлива, производимого из полезных ископаемых. Важно отметить, что при сгорании водорода на воздухе выделение большого количества энергии сопровождается образованием единственного конечного продукта - воды, в то время как при использовании топлив из полезных ископаемых происходит выброс в окружающую среду больших количеств углекислого газа (CO₂), вызывающего парниковый эффект, и ядовитого угарного газа (CO).

В настоящее время уже имеются технологии, с помощью которых энергию горения водорода может использовать электротранспорт – это специальные топливные ячейки, преобразующие ее непосредственно в электрическую. Многие автомобильные компании выпускают в небольших объемах прототипы, работающие на водороде, однако их широкое распространение сдерживается из-за пока еще имеющихся сложностей в обеспечении топливным H₂.

В принципе, водород может быть получен электролизом воды. Но такой способ не является решением проблем, так как в настоящее время большинство электроэнергии, необходимой для этого, вырабатывается на станциях, сжигающих ископаемые топлива. При этом сохраняются все недостатки, связанные с загрязнением окружающей среды. Водород может быть извлечен из глюкозы и при использовании пара под высоким давлением, но такая технология является очень дорогостоящей. Некоторые микроорганизмы способны ферментировать биомассу, например, растительный крахмал, также с выделением водорода, однако реализация такого способа в промышленных масштабах представляется затруднительной.

Таким образом, использование предложенного нового способа представляется предпочтительным. Неорганический катализатор, платина, более эффективен, чем биокатализаторы, и менее прихотлив, а это позволяет значительно варьировать условия процесса для повышения выхода получаемого продукта. Ранее неорганические катализаторы уже применяли для генерации водорода из растительных масел, но преимуществом разработки ученых из Висконсина является возможность работать с более широким набором доступного исходного сырья. Dumesic с коллегами в то же время отмечают, что на настоящий момент у них еще нет промышленного варианта технологии, кроме того, они считают необходимым продолжить поиски и других катализаторов, более дешевых, чем платина, но не уступающих, а возможно, и превосходящих ее в эффективности.

1. Cortright R.D., Davda R.R. & Dumesic J.A. Hydrogen from catalytic reforming of biomass-derived hydrocarbons in liquid water. Nature, № 418, p. 964-967 (2002)

По материалам Nature News Service

Г.П.