Ученые ТПУ создали методику синтеза материала для "зеленой" энергетики

ТОМСК, 29 апр – РИА Томск. Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали безвакуумный электродуговой способ получения карбида молибдена; этим материалом можно заменять дорогостоящие катализаторы на основе металлов платиновой группы в реакциях получения водорода из воды для технологий возобновляемой энергетики, рассказал РИА Томск руководитель проекта Александр Пак. Ранее сообщалось, что ученые ТПУ в 2019 году разработали безвакуумный электродуговой реактор для получения сверхтвердых материалов на основе карбидов титана, который позволяет удешевить синтез материалов для компонентов силовой электроники, керамических сверхтвердых пластин и других изделий по сравнению с прямыми плазменными аналогами. Пак пояснил, что группа ученых Научно-исследовательского центра "Экоэнергетика 4.0" ТПУ в рамках гранта президента РФ сейчас реализует проект по синтезу порошков карбида молибдена с помощью авторской безвакуумной электродуговой методики. Статья об исследованиях по теме была опубликована в ряде российских и зарубежных журналов, а основы методики зарегистрированы рядом патентов. Технологии для возобновляемой энергетики Как рассказал ученый, в возобновляемой энергетике водород часто получают путем разделения воды на водород и кислород. Обычно в таких процессах применяются дорогостоящие катализаторы из платины, палладия, иридия – "материалов, которые в прямом смысле слова дороже золота". Однако их можно полностью или частично заменять более дешевыми материалами с похожими свойствами, в том числе и карбидом молибдена. "Наша научная группа синтезирует каталитически активные материалы на основе карбида молибдена для применения их в составе катализаторов для синтеза водорода из воды – то есть для применения в водородной энергетике, для генерации водорода. Реализуем процесс собственным безвакуумным электроразрядным методом", – пояснил Пак суть их работы. Он дополнил, что частицы карбида молибдена для водородной энергетики должны быть "наноразмерными" – очень маленькими. Кроме того, они должны характеризоваться высокой удельной поверхностью и не должны "слипаться". Этого можно достичь, синтезируя наноразмерные кристаллы карбида молибдена в углеродной матрице. Именно это и удалось сделать ученым в данном проекте. Как это работает Как рассказал Пак, карбиды металлов – это вещества, получаемые путем соединения атомов металлов с углеродом. Группа политехников занимается разработками в области получения карбидов титана, вольфрама и молибдена. Принцип работы их метода основан на дуговом разряде, при котором достигаются высокие температуры в несколько тысяч градусов, позволяющие углероду соединиться с металлами. Они используют собственную установку, основное преимущество которой – реализация синтеза без применения вакуумного оборудования или инертных газов. Они используют электродуговой метод в открытой воздушной среде. Это позволяет удешевить и упростить процесс синтеза. Устройство также затрачивает меньше энергии и отличается высокой производительностью: его рабочий цикл – несколько секунд. "Таким образом, мы повышаем эффективность электродуговых методик: то есть мы делаем проще, дешевле и с пониженной энергоемкостью, соответственно, с повышенной энергоэффективностью и повышенной производительностью в сравнении с прямыми электродуговыми аналогами. Материалы на выходе получаются типичными, то есть "не хуже" аналогов", – рассказывает ученый. Реализация синтеза в корпусе установки в открытой воздушной среде возможна благодаря "облачку" газов, которое генерируется при горении дугового разряда. Благодаря специальной форме электродов "облачко" окружает реакционную зону и тем самым экранирует ее от окислительной среды, то есть воздуха. "Облачко" существует достаточно продолжительное время, чтобы температура в реакционной зоне после погасания разряда снизилась, и процесс синтеза завершился. После того, как это "облачко" рассеется, материалы уже не окисляются, и мы получаем карбид молибдена в открытом воздухе вместо его оксида", – пояснил Пак. Установка пока не может работать в полостью автоматизированном режиме и не готова к промышленному внедрению. Однако некоторого уровня ее автоматизации ученые уже достигли и продолжают его повышать. "Недавно выпустили два авторских свидетельства на программное обеспечение для управления этой системой и обеспечения повторяемости результатов. Сейчас разрабатываем автоматизированное рабочее место, системы противоаварийной защиты ", – рассказал ученый