Японски учени са разработили средство за превръщане на вода във водородно гориво с помощта на слънчева светлина. Използвайки специален фотокатализатор, тази нова технология може да помогне за въвеждането на по-евтино, по-изобилно и устойчиво водородно гориво за различни приложения. Понастоящем по-голямата част от свободния водород се получава от суровини от природен газ, което означава, че отказът от изкопаеми горива за този по-екологичен вариант не е възможен.
Този лесен за производство метод, задвижван от слънчева светлина, обаче може да се окаже ключов, ако водородът се превърне в алтернатива в бъдеще.
„Задвижваното от слънчева светлина разделяне на вода с помощта на фотокатализатори е идеална технология за преобразуване и съхранение на слънчева в химическа енергия, а последните разработки в областта на фотокаталитичните материали и системи пораждат надежди за нейното осъществяване“, обяснява професор Казунари Домен от университета Шиншу, старши автор на статията във Frontiers in Science. „Въпреки това остават много предизвикателства“, добави той.
Основният принцип на новия процес е разделянето на водата на кислород и водород. Макар да звучи просто, това е енергоемко и се нуждае от катализатор, в случая специален, наречен фотокатализатор.
Водород от вода с помощта на светлина
Когато са изложени на светлина, тези катализатори улесняват химичните реакции, които разграждат водата на съставни части. Концепцията не е нова, но повечето съществуващи, така наречени „едностъпални“, са неефективни и имат оскъден коефициент на преобразуване на слънчевата енергия във водород. Съществува и друга, по-сложна система с двустепенно възбуждане, която е по-ефективна. При тези системи един фотокатализатор генерира водород от водата, а друг – кислород. Японският екип е избрал този втори „двустепенен“ процес на разбиване на водата.
„Технологията за преобразуване на слънчевата енергия не може да работи през нощта или при лошо време“, казва д-р Такаши Хисатоми от университета Шиншу, друг автор на изследването. „Но като съхраняваме енергията на слънчевата светлина като химическа енергия на горивните материали, е възможно да я използваме по всяко време и навсякъде“, допълва той.
Екипът на Домен и Хисатоми успешно доказва концепцията си, като в продължение на три години експлоатира реактор с площ 100 м2. Този реактор дори се представя по-добре на реална слънчева светлина, отколкото в лабораторни условия.
„В нашата система, използваща реагиращ на ултравиолетовите лъчи фотокатализатор, ефективността на преобразуване на слънчевата енергия е около един път и половина по-висока при естествена слънчева светлина“, казва Хисатоми.
Не само теория
„Симулираната стандартна слънчева светлина използва спектър от регион с малко по-висока географска ширина. Ефективността на преобразуване на слънчевата енергия може да бъде по-висока в райони, където естествената слънчева светлина има повече компоненти с къса дължина на вълната, отколкото симулираната стандартна слънчева светлина. Понастоящем обаче ефективността при симулирана стандартна слънчева светлина в най-добрия случай е 1 % и няма да достигне 5 % ефективност при естествена слънчева светлина“, добави той.
За да се придвижи технологията напред и да се преодолее бариерата от 5 %, екипът казва, че повече изследователи трябва да разработят по-ефективни фотокатализатори и да изградят по-големи експериментални реактори.
„Най-важният аспект, който трябва да се развие, е ефективността на преобразуването на слънчевата в химическа енергия чрез фотокатализатори“, обясни Домен. „Ако тя бъде усъвършенствана до практическо ниво, много изследователи ще работят сериозно върху разработването на технология за масово производство, процеси за отделяне на газ и изграждане на мащабни инсталации. Това ще промени и начина, по който много хора, включително политиците, мислят за преобразуването на слънчевата енергия, и ще ускори развитието на инфраструктурата, законите и наредбите, свързани със слънчевите горива“, заключава той.
Източник – Interesting Engineering/Превод:SafeNews
