Исследовательский коллектив Института химии угля и технологии работает над созданием и разработкой углеродных материалов c пористой микроструктурой и высокой удельной поверхностью для разделения и хранения водорода, отличающихся большей емкостью, малым весом и большей стабильностью.
Развитие водородной энергетики сегодня рассматривается как одно из ключевых направлений в переходе к устойчивой и экологически чистой энергетике. Водород обладает высоким удельным энергосодержанием и при его использовании не образуются вредные выбросы, что делает его идеальным кандидатом в качестве альтернативного энергоносителя.
Однако одной из основных преград на пути широкого внедрения водородных технологий остаётся проблема эффективного, безопасного и экономически целесообразного хранения водорода.
Цель научно-исследовательской работы – систематизировать и обобщить современные данные об использовании углеродных наноматериалов для хранения водорода. В работе рассмотрены основные механизмы взаимодействия с углеродными структурами, методами синтеза и модификации наноматериалов, а также результаты экспериментальных исследований в данной области. Особое внимание уделено анализу факторов, влияющих на водородную ёмкость, включая морфологические характеристики, степень пористости, наличие дефектов и механические группы на поверхности.
В ходе выполнения научно-исследовательской работы проведены комплексные исследования, направленные на разработку научно-технических основ получения микропористых углеродных наноматериалов для разделения и хранения водорода.
Разработаны оптимальные методики синтеза углеродных наноматериалов, обеспечивающие формирование пористой структуры с высокой удельной поверхностью и развитой системой микропор.
Проведены экспериментальные исследования процессов адсорбции и десорбции водорода, а также оптимизация параметров технологических процессов разделения и накопления водорода с использованием углеродсодержащих наноматериалов.
Полученные материалы характеризуются высокой удельной поверхностью (более 1500 м²/г) и оптимальной микропористостью, обеспечивающей эффективное накопление водорода. Установлено, что разработанные образцы демонстрируют высокую водородоёмкость, достигающую 6,7 % по массе при 77 К и давлении 80 бар, что подтверждает их перспективность для использования в системах хранения и очистки водорода.
В рамках исследования разработаны и оформлены лабораторные технологические регламенты:
– по разделению выхлопных газов с получением высокочистого водорода в зависимости от параметров процесса;
– по хранению водорода в микроструктурах углеродных материалов.
Степень внедрения и эффективность: на основании полученных результатов была проведена оценка степени внедрения разработанных наноматериалов в промышленность. Эффективность применения микропористых углеродных наноматериалов в системах хранения и разделения водорода оценивается как высокая, что подтверждается положительными тестами и отзывами от потенциальных пользователей.
Область применения: хранение водорода для топливных элементов и других энергетических систем, разделение газовых смесей в химической промышленности, экологические технологии для очистки газов и воды.
Научно-исследовательская работа «Разработка научно-технических основ получения микропористых углеродных наноматериалов для разделения и хранения водорода»
Научный руководитель М.Казанкапова, ведущий научный сотрудник, PhD
