Заправить машину банкой из-под газировки: в России начнут получать водородное топливо из отходов алюминия

Научный коллектив кафедры цветных металлов и золота Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» под руководством приглашённого профессора Александра Громова разработал способ получения экологически чистого топлива — водородного — из отходов алюминия и цветных металлов. Так, переработка одной банки объёмом 0,33 литра из-под газированного напитка по новой технологии даст топливо для 20 метров автопробега, сообщают учёные в пресс-релизе.

Алюминий и цветные металлы — самые дорогие отходы. К сортировке и переработке такого мусора подталкивает, во-первых, стоимость самих металлов, во-вторых, пропадающая топливная энергия, заключённая в химически активном металлическом алюминии, в-третьих, — забота о безопасности, так как при складировании алюминиевый лом постепенно окисляется и выделяет в воздух водород — взрывоопасный химический реагент.

Ёмкость российского рынка алюминиевой тары оценивается приблизительно в два-три миллиарда упаковок в год. Вес банки объёмом 0,33 литра составляет 15 граммов, соответственно, в год количество затраченного алюминия приближается к 30-40 тысячам тонн чистого металла. Срок «жизни» такой банки — от нескольких дней до нескольких месяцев. После использования пустая банка, как правило, попадает на свалку, как и другие алюминиевые отходы.

Тем временем европейский рынок вторичного алюминия, бесполезно и бесконтрольно выделяющего водород в атмосферу при хранении на свалках, оценивается примерно в девять миллионов тонн. Более половины этого алюминия не используется, что в пересчёте на энергетический эквивалент составляет 130 тераджоулей пропадающей впустую энергии.

Конечно, в некоторых странах осуществляется сортировка отходов алюминия и цветных металлов, применяется технология переплавки во вторичный металл. Например, в Швейцарии утилизируется 90% бытовых алюминиевых отходов (данные за 2017 год). Но у этого способа утилизации есть недостатки, например, затраты на транспортировку, очистку и переплавку, а также высокая токсичность образующихся шлаков.

Исследователи из многих стран работают над различными технологиями переработки алюминия в экологически чистое водородное топливо (об одной из них мы подоробно рассказывали ранее). В частности, российские специалисты предлагают использовать металл в качестве реагента для генерирующей водород системы «металлический алюминий — вода».

Когда алюминий вступает в реакцию с водой, выделяется свободный водород, который затем можно сжигать или окислять с получением электричества в топливной ячейке. Химическая энергия, хранящаяся в каждой банке алюминия массой 15 граммов, составляет 255 килоджоулей . В пересчёте на бензин такое количество энергии эквивалентно 20 метрам пробега автомобиля с расходом бензина пять литров на сто километров.

Но есть один нюанс: алюминий реагирует с кислородом и водой довольно медленно. В результате окисления его поверхность покрывается тонкой оксидно-гидроксидной плёнкой, которая защищает металл от контакта с окислителем и останавливает химический процесс. По этой причине в предложенной технологической цепочке при окислении алюминия жидкой водой необходима активация процесса окисления. Для решения этой задачи коллектив предложил метод механоактивации, подразумевающий измельчение и реагентную обработку алюминиевых отходов, которое приводит к разрушению оксидной плёнки.

«Мы предложили систему, которая включает анализ исходного сырья, оптимальные способы измельчения алюминиевых отходов, разработку механизмов и режимов окисления, а также хранения и транспортировки полученного твёрдого металлического реагента. Мы нашли оптимальные реагенты для окисления алюминиевых отходов, разработали концепцию аппарата для получения водорода — аналога карбидного генератора ацетилена», — рассказал Александр Громов.

По его словам, предлагаемая технология является пожаровзрывобезопасной и помогает решить три практические задачи: утилизировать отходы алюминия и других гидрореагирующих металлов; получить практически бесплатный водород из отходов; привлечь внимание к проблеме сортировки и раздельной утилизации мусора.

Водород, получаемый окислением отходов металлического алюминия и других цветных металлов, будет использоваться как топливо в портативных источниках электропитания, в транспортных системах (для самолётов, беспилотников и автомобилей) и установках малой стационарной энергетики, добавляют специалисты.

Научная статья с подробным описанием новой технологии опубликована в журнале Powder Technology. В настоящий момент коллектив работает над созданием экспериментальной установки и проводит лабораторные испытания технологии.

Кстати, ранее мы рассказывали о том, как исследователи научились получать водородное топливо из морской воды при помощи солнечного света.

Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»