Команда инженеров из Мельбурнского королевского технологического университета впервые использовала «хорошие вибрации» – звуковые волны – для 14-кратного ускорения производства «зелёного» водорода при помощи электролиза.
Австралийские учёные считают, что их открытие позволит в кратчайшие сроки оптимизировать производство недорогого «зелёного» водорода для транспортной индустрии, тем самым кардинально сократив выбросы углерода. Таким образом человечество сможет более эффективно бороться с климатическими изменениями, не отказываясь от всевозможных благ современной цивилизации. Электролиз представляет собой процесс, в ходе которого через воду пропускается заряд электрического тока, разделяющего её на кислород и водород. Данная методика позволяет производить экологически чистый водород с наименьшими затратами ресурсов в сравнении с другими способами. Сегодня большую часть коммерчески доступного водорода добывают из природного газа: подобные процессы не только потребляют значительно больше энергии, но также производят выбросы парниковых газов в атмосферу. Как следствие, добытый таким образом «голубой» водород сложно назвать перспективным с точки зрения его применения в качестве топлива для экологически чистого транспорта.
Одной из главных проблем производства водорода при помощи электролиза является необходимость использования дорогостоящих электродов из платины или иридия и концентрированного кислотного или щелочного электролита. Высокочастотные звуковые волны делают процесс добычи газа из обычной воды значительно более эффективным, тем самым устраняя необходимость в дорогих материалах для изготовления электродов или в коррозионном электролите. Своего рода «хорошие вибрации» «раздражают» молекулы воды, расположенные ближе всего к электродам, заставляя их нарушать тетраэдрическую локальную структуру. Таким образом образуется больше «свободных» молекул воды, которые охотнее контактируют с электродами. Кроме того, звуковые вибрации буквально «стряхивают» пузырьки газов, которые собираются на электродах и блокируют протекание дальнейших реакций разложения воды. Это способствует образованию конвекционных потоков в толще воды, тем самым ускоряя процесс экстракции водорода.
В рамках лабораторных экспериментов австралийские учёные обратились к использованию материалов, которые не отличаются высоким КПД в роли электродов – золоту и серебру, а также заменили высококоррозионный электролит раствором с нейтральным уровнем кислотности. Золото и серебро дешевле платины и иридия, и обычно без ряда модификаций они имеют низкий коэффициент использования активной массы электролита. Однако, стоило учёным задействовать в процессе высокочастотные гибридные звуковые волны (10 МГц), как прямо на их глазах плотность тока и скорость реакции увеличилась в 14 раз.
Стоит отметить, что это вовсе не значит, что объём производства водорода увеличился в 14 раз. Однако ускорение и упрощение процесса распада молекул воды на водород и кислород всё же даёт ощутимый прирост в эффективности электролиза. По словам профессора Лесли Ео, разработанная его командой методика позволяет сэкономить до 27% электроэнергии, необходимой для протекания электролиза. Вкупе с ускорением течения реакции и возможностью использования менее дорогостоящих материалов это позволит оптимизировать процесс производства «зелёного» водорода и сделать его более доступным.