Дослідження американських учених призвело до появи мембрани, що пропускає водень у 1800 разів швидше, ніж вуглекислий газ. Такий показник утворив новий світовий рекорд та у 18 разів перевищив попередні досягнення.
Команда з Університету в Буффало повідомила, що створена ними мембрана демонструє унікальні властивості під час розділення газових сумішей. Розробка здатна істотно вплинути на виробництво чистого водню, який є ключовим компонентом паливних елементів для енергетики.
Зазвичай під час створення подібних матеріалів інженери застосовують структури, що притягують певні молекули. Це має покращувати проникність та сприяти ефективному відділенню потрібного газу. Однак результати роботи, опубліковані в журналі Science Advances, засвідчили інше явище.
«Це дуже нелогічно і кидає виклик традиційному мисленню в науці про розділення газів», – каже Хайцін Лін, професор хімічної та біологічної інженерії Університету в Буффало, який є відповідальним автором дослідження.
Під час експериментів команда встановила, що мембрана з посиленою хімічною взаємодією надто щільно зв’язується з молекулами вуглекислого газу. Через це швидкість його проходження знижується, що погіршує ефективність технології. Таку поведінку зафіксували у мембрани зі зшитих поліамінів, які природно притягують CO₂. Моделювання підтвердило, що ці поліаміни уповільнюють рух газу на виході.
Саме це відкриття спонукало Хайціна Ліна та його команду провести нові дослідження щодо можливості використання такої мембрани для відокремлення водню. Оскільки водень і CO₂ часто одночасно присутні у промислових газових потоках, ефективне розділення цих компонентів має велике значення для виробництва чистого палива.
Подальші випробування засвідчили рекордний показник селективності – 1800. Він означає, що водень проходить через мембрану у 1800 разів легше, ніж вуглекислий газ.
«До цієї роботи найкращі показники селективності становили близько 100. Тож це дійсно встановлює новий еталон з точки зору продуктивності», – зазначає Лейцін Ху, перший автор дослідження, колишній постдокторант Університету в Буффало, який нині працює доцентом у Коледжі екологічних та ресурсних наук Чжецзянського університету в Китаї.
Крім високої селективності, зшиті поліаміни можна застосовувати для виробництва тонкоплівкових композитних мембран. Це створює потенціал для промислового використання. Дослідники підкреслюють, що така мембрана також здатна до самовідновлення та залишається стабільною навіть за екстремальних умов.
«Промислове хімічне розділення зараз вимагає величезної кількості енергії, до 15 відсотків світового енергоспоживання», – підкреслює співавтор Кайхан Ші, доцент хімічної та біологічної інженерії Університету в Буффало. «Ось чому мембрани, подібні до цієї, завдяки своїй енергоефективності та відсутності хімічних відходів, мають критичне значення для зменшення викидів вуглецю та підтримки чистіших промислових процесів».
Запропонована технологія дозволяє істотно зменшити витрати енергії у промисловому виробництві та сприяє розвитку водневої енергетики. Водень вважається перспективним видом чистого палива, адже в ході його використання не виникають шкідливі викиди, проте процеси його отримання та очищення досі потребують значних ресурсів.
Створення мембрани з настільки високою ефективністю відкриває нові можливості для очищення водню в промислових масштабах. Це може стати важливим кроком у розвитку водневої економіки та зменшенні залежності від традиційних джерел енергії.
Залишити коментар