«1% водорода мы можем даром получать из атмосферы»

Андрей Гейм рассказал, как графен позволит получать водород из атмосферы

Нобелевский лауреат Андрей Гейм рассказал «Газете.Ru», как его новое открытие позволит «даром» получать водород из атмосферы и где это можно будет применить.

Удивительный материал графен, впервые открытый в 2004 году, продолжает радовать ученых все новыми полезными свойствами. А получивший за его открытие Нобелевскую премию физик из Манчестерского университета Андрей Гейм публикует все новые статьи в ведущих научных журналах, описывающие эти свойства.

Ранее учеными уже было открыто множество интересных свойств этого вещества, состоящего всего из одного слоя атомов углерода, — оптических, механических, магнитных.

Новая статья в Nature — новое свойство, на этот раз при использовании графена в качестве мембраны. Чем графен напоминает сито и почему, нобелевский лауреат рассказал «Газете.Ru».

Ученым давно известно, что графен не пропускает никакие жидкости и газы, это позволяет использовать его в составе антикоррозионных материалов и герметичных упаковок.
К примеру, самому маленькому из атомов —

атому водорода требуется время жизни Вселенной, чтобы пройти через монослой графена.

В своих экспериментах ученые обнаружили, что, несмотря на это, графен в присутствии катализатора, например платины, отлично пропускает протоны, которые по сути являются теми же атомами водорода, от которых оторвали электрон. Известно, что в присутствующем в атмосфере водороде всегда есть и свободные протоны.

Физики использовали два контейнера, один из которых был пуст, а во втором находилась смесь из газа аргона и водорода. «Мы наблюдали, что водород из одного контейнера перемещался в другой, где водорода не было», — пояснил Гейм «Газете.Ru». Способность тонкой мембраны не пропускать ничего, кроме протонов, может найти широкое применение,

и в первую очередь в приборах, на которые сегодня устремлены взоры экологов и автомобилестроителей, — топливных элементах.

В них водород, окисляясь в кислороде, способен без горения производить электрический ток. Однако низкий КПД существующих установок связан с тем, что современные мембраны проводят не только протоны, но и газ — водород, кислород, метанол и другие вещества.
Прогнозируя развитие топливных элементов, министерство энергетики США надеется, что проводимость их мембран к 2020 году превысит хотя бы 50 сименсов на квадратный сантиметр.

«Мембрана — это все. Это сердце и мозги топливных элементов.

А в наших мембранах при температурах выше 100°C мы уже имеем показатели, превышающие требуемые на один-два порядка, около 1000 сименсов», — пояснил ученый.

Поэтому можно надеяться, что открытие мембранных свойств графена даст мощный толчок в использовании топливных элементов на транспорте и в энергетике. Еще одним полезным применением может стать получение водорода из окружающей нас атмосферы. «Пропуская небольшой ток через мембрану, из атмосферы мы получаем только водород.

Графен, грубо говоря, работает, как сито», — рассказал Гейм.

И хотя в своих экспериментах ученые моделировали эти процессы на микромасштабах и не собрали даже миллиграмма водорода, они показали, что эти механизмы работают и масштабируемы. «В атмосфере довольно много водорода, и каждые сто лет он восстанавливается. И 1% этого водорода мы можем даром получать из атмосферы», — предполагает Гейм. В будущем, уверены авторы открытия, на основе графеновых мембран можно будет получать водород из атмосферы и использовать его для производства электрической энергии.

«Когда ты знаешь, как это должно работать, то установка весьма проста. Берешь сосуд с содержащим водород газом, с одной стороны, прикладываешь небольшое напряжение и собираешь чистый водород — с другой стороны. И этот водород уже можно сжечь в топливном элементе», — пояснил идею соавтор открытия Марчело Лозада-Идальго.