Палладий и водород

Водород растворим во многих металлах. Но только палладий буквально „впитывает“ его в себя. При комнатной температуре один объём палладия поглощает до 900 объёмов водорода. Палладий нацелен именно на него, другие же газы, например кислород, он поглощает хуже, чем платина. Видимо, дело в том, что палладий образует гидриды либо твёрдые растворы с водородом. Более того, водород — единственный газ, который проходит сквозь палладий. Есть мнения, что на границе с металлом водород распадается на атомы и в таком виде просачивается внутрь и проходит насквозь. Как бы то ни было, это энциклопедический факт — избирательное поглощение водорода палладием и диффузия его через любой слой этого металла.

На этом свойстве основано получение сверхчистого водорода. Легчайший из газов получают либо из метана с помощью конверсии, либо из воды электролизом. И в том и в другом случае абсолютно чистый водород получить не удаётся. Для очистки водорода палладий (или его сплав с серебром) незаменим: здесь используется уникальная способность водорода с огромной скоростью диффундировать через тонкую (до 0,1 мм) палладиевую пластинку. Под небольшим давлением газ пропускают через закрытые с одной стороны палладиевые трубки, нагретые до 600°С. Водород быстро проходит через палладий, а примеси (пары воды, углеводороды, 02, N2) задерживаются в трубках. Таким образом можно получать особо чистый водород — с концентрацией 99,9999%. Заметим, что для работы водородного топливного элемента нужен именно такой сверхчистый водород.

Мембранами, проницаемыми для водорода, занимаются во всём мире. По ним самим и способам их приготовления регулярно проходят конференции. Конечно, их делают не только из чистого палладия, хотя такие тонкостенные трубки делают тоже. В качестве носителя используют пористое стекло, керамику, оксид алюминия, органические полимеры и даже пористую нержавеющую сталь. Самыми разными способами и ухищрениями на носители осаждают палладий и потом смотрят, как быстро и с какой избирательностью диффундирует водород через эти сложные преграды. Результат, как правило, положительный.

В химической промышленности палладиевые мембраны нужны не только для производства сверхчистого водорода, но и вообще во всех реакциях дегидрирования. Понятно, что если в реакторе стоит такая мембрана, то водород, просачиваясь через неё, тут же выводится из зоны реакции, а это позволяет провести дегидрирование с большим выходом и меньшими затратами.

В будущих водородных технологиях палладий потребуется не только для получения чистого водорода, но ещё как минимум в двух ключевых моментах. Во-первых, один из электродов в топливном элементе может содержать палладий в каталитических количествах (см. „Химию и жизнь“, 2004, № 1). Во-вторых, палладиевые катализаторы используются в реакциях получения водорода из жидких углеводородов, например из метанола.

С помощью палладия можно попробовать решить проблему хранения водорода. А это пока один из лимитирующих моментов развития водородной энергетики. Поглощённый палладием водород легко выходит в вакуум при небольшом нагреве. Но эта технология хранения очень дорогая, поэтому пока специалисты считают более перспективными другие способы хранения и перевозки водорода.