Водень зі світла та відходів: що вигадали вчені, щоб отримати в 4 рази більше палива

Про це пише Nature Communications.

Дослідження описує нову фотоелектрохімічну систему з використанням фурфуролу, цінного хімікату з відходів цукрової тростини. Інноваційний метод використовує біомасу, отриману з відходів цукрової тростини, і кремнієві фотоелектроди для виробництва H2 винятково з використанням сонячного світла, досягаючи продуктивності, що вчетверо вища за контрольний показник комерціалізації, встановлений Міністерством енергетики США (DOE).

Метод виробництва водню з цукрової тростини

Водень (H2) вважається паливом наступного покоління, оскільки він згорає, не виробляючи парникових газів. Ба більше, він має високу щільність зберігання енергії, яка, за оцінками, у 2,7 раза вища, ніж у бензину. Однак більша частина виробленого H2 надходить із природного газу, який виділяє велику кількість вуглекислого газу, що нагріває планету.

Щоб подолати ці проблеми, команда вчених створила екологічну фотоелектрохімічну (ПЕК) систему виробництва H2, де задіяне сонячне світло. На одному мідному електроді фурфурол окислюється з утворенням водню. Цікаво, що ця реакція також виробляє фуранову кислоту, цінний побічний продукт. Одночасно вода розщеплюється на іншому кремнієвому фотоелектроді, генеруючи водень. Цей подвійний механізм виробництва є ключем до їхньої неймовірної ефективності. Система досягає швидкості виробництва водню 1,4 ммоль на квадратний сантиметр на годину.

Ефективність системи полягає в тому, як вона керує енергією. Коли сонячне світло потрапляє на кремнієвий фотоелектрод, він генерує електрони. Процес виробництва H2 починається, коли фотоелектрод поглинає сонячне світло і генерує електрони. Команда стверджує, що кристалічний кремній ідеально підходить для виробництва великої кількості електронів.

Однак є одна проблема. Генерована напруга зазвичай низька, що ускладнює початок виробництва водню без зовнішнього джерела живлення. Вчені подолали цю проблему, ввівши реакцію окислення фурфуролу на протилежному електроді. Ця реакція врівноважує напругу системи. Вони також уклали електрод у захисну нікелеву фольгу і скляні шари для довгострокової стабільності системи в електроліті. Цікаво, що кремнієвий фотоелектрод має "занурену конструкцію", яка природним чином охолоджує його, що призводить до підвищення ефективності всієї системи.

Ця нова розробка знаменує собою важливий крок на шляху до стійкої водневої економіки, що використовує рясну біомасу і сонячну енергію. Вона може наблизити країни до виробництва більш чистого і дешевого водневого палива.

Раніше ми писали, що в Китаї створили інноваційну батарею на основі водню. Під час випробувань Li-H-акумулятор продемонстрував щільність енергії 2825 Вт-год/кг, а також ефективність кругового циклу 99,7%.