Производство электроэнергии непосредственно из метилциклогексана с использованием ТОТЭ

Прямое получение требует меньше энергии, чем реакция дегидрирования MCH.

Японские исследователи успешно выработали электроэнергию непосредственно из метилциклогексана, органического гидрида, используя твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) с более низкой энергией, чем традиционные каталитические реакции дегидрирования.

Производство электроэнергии с помощью топливных элементов, использующих водород, является одной из ключевых технологий для построения низкоуглеродного общества. Он богат и универсален и при использовании в качестве топлива выделяет только воду.

Однако для распространения водородного общества развитие водородной инфраструктуры так же важно, как и разработка топливных элементов. В настоящее время с этой целью исследуются различные носители водорода, в том числе газообразный водород высокого давления, жидкий водород, аммиак, муравьиная кислота и органические гидриды.

В частности, ожидается, что метилциклогексан (MCH), один из органических гидридов, станет отличным переносчиком водорода, который сможет безопасно и эффективно транспортировать и хранить водород. При дегидрировании MCH в присутствии катализатора в качестве побочного продукта образуются водород и толуол, а затем из этого водорода вырабатывается электричество.

Однако процесс дегидрирования является эндотермической реакцией, и невосполнимые потери энергии, а также оборудование, необходимое для реакции, являются проблемами.

Недавно исследователям из Университета Васэда в Японии удалось использовать ТОТЭ для выработки электроэнергии непосредственно из метилциклогексана, а также восстановить толуол, чтобы его можно было использовать повторно. Ожидается, что это исследование не только снизит потребности в энергии, но и откроет новые возможности для химического синтеза с использованием топливных элементов.

Исследовательская группа попыталась одновременно осуществить в топливном элементе два процесса: дегидрирование органических гидридов (эндотермическая реакция) и выработку электроэнергии (экзотермическая реакция). Для достижения этой цели они использовали твердооксидный топливный элемент с анодом, который работал при более высокой температуре, чем топливный элемент с полимерным электролитом.

Команда смогла эксплуатировать его при температуре, не допускающей пиролиза органических гидридов, и в условиях, предотвращающих отложение углерода на электродах. Они сообщили, что соотношение производства толуола и бензола составило 94:6, что является значительным достижением.

Эти результаты показывают, что ТОТЭ успешно извлекает электроны непосредственно из MCH и генерирует электричество, используя функцию проводимости ионов кислорода ТОТЭ. Этот метод показывает потенциал для производства электроэнергии без необходимости использования оборудования для дегидрирования и с меньшими затратами энергии, чем обычное дегидрирование MCH с помощью катализатора.

«Топливные элементы изучались и разрабатывались как устройства, производящие высокоэффективную, безуглеродную электроэнергию посредством электрохимической реакции водорода и кислорода. В данном исследовании мы продемонстрировали, что это устройство может быть применено для управления реакциями дегидрирования органических гидридов и реакциями замещения кислорода ароматических колец. В будущем новая синтетическая химия может быть создана путем применения топливных элементов», — заключает профессор Акихико Фукунага, возглавлявший исследование.

Ссылка на журнал: