Бразилия является крупнейшим в мире производителем ниобия и владеет около 98 процентов активных запасов ниобия на планете. Этот химический элемент используется в металлических сплавах, особенно в высокопрочных сталях, а также в практически неограниченном спектре высокотехнологичных применений: от мобильных телефонов до авиационных двигателей. Бразилия экспортирует большую часть производимого ею ниобия в виде таких товаров, как феррониобий.

Еще одно вещество, которое Бразилия также имеет в больших количествах, но недостаточно использует, — это глицерин, побочный продукт омыления масел и жиров в мыловарной и моющей промышленности, а также реакций переэтерификации в биодизельной промышленности. В этом случае ситуация еще хуже, поскольку глицерин часто выбрасывают как отходы, а правильная утилизация больших объемов затруднена.

Исследование, проведенное в Федеральном университете ABC (UFABC) в штате Сан-Паулу, Бразилия, объединило ниобий и глицерин в многообещающем технологическом решении для производства топливных элементов. Статья с описанием исследования под названием «Ниобий усиливает электрокаталитическое действие Pd в щелочных топливных элементах с прямым глицерином» опубликована в журнале ChemElectroChem и размещена на обложке журнала.

«В принципе, элемент будет работать как батарея, питаемая глицерином, для подзарядки небольших электронных устройств, таких как сотовые телефоны или ноутбуки. Его можно использовать в районах, не охваченных электросетью. Позже эту технологию можно будет адаптировать для эксплуатации электромобилей и даже для электроснабжения домов. В долгосрочной перспективе существует неограниченное количество потенциальных применений», — рассказал химик Фелипе де Моура Соуза, первый автор статьи. Соуза получил прямую докторскую стипендию от Исследовательского фонда Сан-Паулу (FAPESP).

В ячейке химическая энергия реакции окисления глицерина на аноде и восстановления кислорода воздуха на катоде преобразуется в электричество, оставляя в виде остатков только углекислый газ и воду. Полная реакция: C3H8O3 (жидкий глицерин) + 7/2 O2 (кислород) → 3 CO2 (углеродный газ) + 4 H2O (жидкая вода). Схематическое изображение процесса показано ниже.

«Ниобий [Nb] участвует в процессе в качестве сокатализатора, способствуя действию палладия [Pd], используемого в качестве анода топливного элемента. Добавление ниобия позволяет вдвое уменьшить количество палладия, что снижает стоимость элемента. В то же время это значительно увеличивает мощность ячейки. Но его основной вклад заключается в уменьшении электролитического отравления палладия, возникающего в результате окисления промежуточных продуктов, которые сильно адсорбируются при длительной работе клетки, таких как окись углерода», — сказал Мауро Коэльо душ Сантос, профессор UFABC. , руководитель диссертации по прямой докторской диссертации Соузы и главный исследователь исследования.

С экологической точки зрения, которая более чем когда-либо должна быть решающим критерием для технологического выбора, глицериновый топливный элемент считается выгодным решением, поскольку он может заменить двигатели внутреннего сгорания, работающие на ископаемом топливе.