Водород считается энергоносителем будущего. Однако загвоздка в том, что из-за низкой плотности и риска взрыва его нелегко транспортировать в газообразном состоянии. Для этого H2 должен быть сжиженным или химически связанным.
Новая система хранения водорода разработанна Дуо Вэем и его коллегами из ростокского Института катализа им. Лейбница. Она химическим путем накапливает H2 и выделяет его в очень чистой форме и с высоким выходом. Система работает по принципу электрической батареи, только заряжается и разряжается водородом, а не электротоком.
В отличие от концепций химических систем хранения H2, для которых требуются дорогостоящие катализаторы, Вэй и его коллеги разработали водородную батарею, которая работает на сравнительно дешевом марганцевом катализаторе. Накопителем H2 служит простая органическая молекула муравьиной кислоты (HCOOH).
Второй основной компонент, аминокислота лизин, под воздействием марганцевого катализатора вступает в реакцию с углекислым газом из воздуха и добавленным водородом с образованием муравьиной кислоты. В качестве альтернативы возможна также реакция с формиатом, являющимся солью муравьиной кислоты. Для повторного высвобождения химически связанного водорода формиат в присутствии лизина и марганцевого комплекса дегидрогенизируется с выделением CO2 и H2.
В первых опытах выход водорода был более 80 %, а при десяти циклах подряд - 72 %. Однако цель создания практически пригодной для использования перезаряжаемой водородной батареи таким путем не достигалась. Поскольку CO2 выделялся при каждом дегидрировании, его необходимо было пополнять и замкнутый цикл, в котором входит и выходит лишь H2, был невозможен.
Тогда химики использовали вместо лизина калиевую соль этой аминокислоты. Испытания показали, что лизинат калия способен поглощать 99,9 % CO2, выделяемого в ходе реакций. Водородную батарею нужно заполнить воздухом только один раз в самом начале, а дальше все работает в замкнутом цикле. Вырос и выход извлекаемого водорода: система, связывавшая его с эффективностью 93 % , выделяла 99 % H2.
Общая эффективность хранения и выделения водорода, рассчитанная по десяти циклам, составляет более 80 %. H2, получаемый при разрядке такой батареи, отличается высокой чистотой. По мнению команды, этот метод является наиболее продуктивной комбинацией связывания CO2 и дегидрирования формиата на основе недорогого катализатора.
