Аида Умиева 
Водородные топливные элементы – одна из самых перспективных экологически чистых технологий, уже нашедшая применение в транспорте и промышленности Японии и Калифорнии. Однако ее широкому распространению мешает высокая стоимость, обусловленная использованием дорогостоящих драгоценных металлов, в первую очередь платины. Инженеры из Вашингтонского университета в Сент-Луисе нашли способ решить эту проблему, разработав метод стабилизации катализаторов на основе железа, что может сделать водородные автомобили значительно доступнее.
Сегодня стоимость автомобиля на топливных элементах может достигать 70 000 долларов, в то время как его бензиновый аналог стоит около 30 000 долларов. По словам профессора Ганга Ву, руководителя исследования, платиновые катализаторы составляют примерно 45% от общей стоимости топливных ячеек. При этом цена на платину не снижается с ростом производства, а наоборот, растет вместе со спросом, что делает технологию заложницей дорогого сырья. Разработка американских ученых, опубликованная в журнале Nature Catalysis, предлагает эффективную и более дешевую альтернативу – катализаторы на основе железа.
Водородные топливные элементы генерируют электроэнергию с нулевыми выбросами, используя в качестве топлива водород и кислород из воздуха. В результате химической реакции образуются только вода, электричество и тепло. Эффективность таких систем превышает 60%, что значительно больше, чем у двигателей внутреннего сгорания, которые преобразуют в полезную энергию менее 20% топлива. Однако до сих пор дешевые и распространенные металлы, такие как железо, не могли использоваться в топливных элементах из-за своей низкой стабильности в агрессивной химической среде.
Команда профессора Ву разработала инновационный подход, при котором для стабилизации железных катализаторов используется метод химического осаждения из паровой фазы во время термической активации. Это позволило не только значительно повысить их долговечность, но и сохранить высокую активность в протон-обменных мембранных топливных элементах (PEMFC). Именно этот тип ячеек идеально подходит для тяжелой техники – грузовиков, автобусов и строительных машин, которые используют централизованные заправочные станции, что упрощает внедрение технологии.
Успешное применение железных катализаторов сначала в коммерческом транспорте поможет снизить затраты и ускорить развитие необходимой инфраструктуры, делая технологию доступнее и для легковых автомобилей. «После десятилетий борьбы с низкой стабильностью нам наконец удалось решить эту критически важную проблему», – отмечает Ву. Следующим шагом исследователи видят дальнейшее усовершенствование процесса, чтобы в будущем катализаторы на основе железа превзошли по своим характеристикам даже драгоценные металлы.
