Одним из вариантов отделения водорода от газовых смесей является двухфазная мембрана. «Он состоит из двух керамических материалов. Размер отдельных зерен составляет всего одну тысячную миллиметра, и они обладают как ионной, так и электронной проводимостью», — поясняет д-р Мария Иванова из Института исследований энергетики и климата Юлиха. Таким образом, компоненты водорода — протоны и электроны — переносятся через мембрану по отдельности.
С другой стороны, они объединяются, образуя водород высокой чистоты. Это стало возможным благодаря специально созданным вакансиям в кристаллической решетке керамики, которые заняты протонами. Эти протоны, движимые перепадом давления и температурой, проходят через материал мембраны. «Они состыковываются с ионом водорода и прыгают в направлении более низкого давления к следующему иону водорода, от вакансии к вакансии, пока снова не образуют элементарный водород на другой стороне», — говорит Мария Иванова. «Электроны переносятся через второй компонент керамики и обеспечивают выравнивание заряда».
Однако у метода все же есть ряд слабых мест. Например, для отделения водорода необходимы высокие температуры, а это значит, что для этого требуется много энергии. Кроме того, исследованные мембраны нестабильны и становятся непригодными для использования в углеродистой среде. Расход водорода тоже пока недостаточно высок.
Тем не менее исследователи во главе с Марией Ивановой добились значительных успехов: за счет внедрения инородных атомов в кристаллическую решетку их мембрана становится более стабильной и может использоваться при более низких температурах. Однако самым большим достижением является увеличенный поток водорода. «Это почти вдвое больше, чем во всех других случаях, задокументированных на сегодняшний день», — говорит обрадованная Иванова.Мембраны Юлиха, используемые для измерений, имеют размер всего 10 центов и полмиллиметра толщиной. «Еще рано думать о промышленном применении, — поясняет Иванова. «Мы продолжим проводить исследования в поисках подходящего материала с высокой скоростью потока и стабильностью, а также с низкими затратами. Следующим шагом будет увеличение размера компонентов, чтобы он стал пригодным для промышленного применения».
Первоначально исследователи стремятся достичь площади десять на десять квадратных сантиметров.