В лабораторном электролизёре он показал результат на уровне коммерческого платинового катализатора, но использовал на 75% меньше драгоценного металла. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Суть коротко

• Катализатор состоит из групп по три-четыре атома рутения на носителе из карбида вольфрама.
• В лабораторной ячейке он достиг плотности тока 9,82 А/см² при напряжении 2,0 В и температуре80 °C.
• Драгоценного металла нужно на 75% меньше, чем в коммерческом платиновом катализаторе, а активность на единицу массы примерно в четыре раза выше.
• За 500 часов непрерывной работы потери производительности оказались примерно вдвое меньше, чем у платинового образца.
• Результат получен только в лаборатории, на большем масштабе и дольше катализатор ещё предстоит проверить.

Как устроен катализатор

Катализатор ускоряет реакцию, при которой электролиз воды выделяет водород. В коммерческих катализаторах для этого используют платину, а в новой разработке основой стал рутений. Рутений здесь не собран ни в крупные частицы, ни в отдельные атомы: он лежит на носителе слоем толщиной в один атом, группами по три-четыре атома. Авторы называют такую структуру «соседями атомного слоя».

Носителем служит карбид вольфрама. Гидроксильные группы на его поверхности помогают молекулам воды выстраиваться в сеть водородных связей, и это ускоряет перенос протонов. Чтобы подобрать лучшую структуру, исследователи меняли число атомов в группе.

Что показали испытания

Катализатор проверяли в лабораторной ячейке для электролиза воды с анионообменной мембраной. По данным KAIST, при тех же результатах ему нужна лишь четверть драгоценного металла по массе по сравнению с платиновым катализатором. Работу возглавил профессор Джинву Ли, её поддержал Национальный исследовательский фонд Кореи.

Один из ведущих авторов, научный профессор Сонбин Ким, отметил, что команда собрала небольшие группы атомов драгоценного металла и подобрала для них подходящее окружение, и это даёт эффективную выработку водорода при малом расходе металла. По его словам, авторы надеются, что результаты помогут сократить расход драгметаллов в оборудовании для получения водорода.

Что пока не доказано

Испытание длилось 500 часов, и этого мало, чтобы судить о долгой работе. Результаты получены в лабораторной ячейке, о промышленных масштабах данных нет. Рутений тоже относится к драгоценным металлам, поэтому технология лишь снижает расход, а не отказывается от дорогого сырья. Точное содержание платины в образце для сравнения и все условия испытаний в сообщении не приведены.

Что происходит с водородом в мире

Водород по-прежнему стоит заметно дороже ископаемых аналогов, и власти пытаются сократить этот разрыв. Германия готовит поддержку водородного рынка: не менее 1,5 млрд евро на промышленные переходы к низкоуглеродным технологиям и отдельная квота для водородных проектов в тендере 2027 года. В Испании компания Moeve строит первую очередь «Андалусской долины зелёного водорода»: электролизёры мощностью 300 МВт и более €1 млрд вложений, а электроэнергия составляет около 70% себестоимости такого водорода.

В Саудовской Аравии завершили строительство комплекса NEOM с электролизёрами около 2,2 ГВт, коммерческий запуск планируют на 2027 год. А в Ямало-Ненецком округе строят арктическую станцию «Снежинка», где излишки солнечной и ветровой энергии пойдут на электролиз, а водород потом превратят в электричество в топливных элементах.

Авторский вывод

Экономия в 75% драгоценного металла пока измерена в лаборатории, а значит, говорить о более дешёвом водороде рано. Если катализатор выдержит проверки на большем масштабе и за более долгое время, оборудованию для получения водорода понадобится меньше драгоценного металла. Но пока это лишь шаг к снижению его расхода, а не готовая замена платине.