В России начнут получать водородное топливо из отходов алюминия

Водород, получаемый из отходов металлического алюминия и других цветных металлов, будет использоваться как топливо в портативных источниках электропитания, транспортных системах и установках малой стационарной энергетики.

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 объемом 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, заключенная 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 объемом 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 пересчете 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. 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 пересчете 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 пленкой, 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 твердого 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.