Создано устройство, производящее дешевый водород с помощью солнечной энергии

Ученые создали фотоэлектрохимическую систему, которая может стабильно производить большое количество водорода по низкой цене, используя только солнечную энергию. Статья об изобретении опубликована в журнале Nature Energy.

Водород будет играть ключевую роль в снижении нашей зависимости от ископаемого топлива. Его можно создать, используя солнечную энергию для того чтобы разделить молекулы воды. Полученная чистая энергия может храниться, использоваться для топлива автомобилей или преобразовываться в электричество, когда это нужно. Но сделать это надежно в больших масштабах и по доступной цене — проблема для исследователей. Для эффективного производства солнечного водорода требуются редкие и дорогие материалы — как для солнечных элементов, так и для катализатора — для того, чтобы собрать энергию и затем преобразовать ее.

Научные работники на лаборатории науки и техники возобновляемой энергии Федеральной политехнической школы Лозанны придумали концентрировать солнечное излучение, чтобы произвести большее количество водорода и по меньшей цене. Они разработали усовершенствованную фотоэлектрохимическую систему, которая при использовании в сочетании с концентрированным солнечным излучением и интеллектуальным терморегулированием может превратить солнечную энергию в водород с 17% — ной конверсией и беспрецедентной плотностью напряжения и тока. Более того, их технология стабильна, то есть поток вырабатываемого водорода не зависит от погодных условий.

«В нашем устройстве тонкий слой воды проходит через солнечный элемент, чтобы охладить его. Температура системы остается относительно низкой, что позволяет солнечному элементу обеспечивать лучшую производительность, — говорит Саурабх Тембхурн, соавтор исследования. — В тоже время, тепловая энергия, извлеченная водой, возвращается к катализаторам, таким образом улучшая химическую реакцию и увеличивая количество производимого водорода».

Ученые использовали уникальный солнечный симулятор, чтобы продемонстрировать стабильную работу своего устройства. Результаты лабораторных демонстраций были настолько многообещающими, что устройство было масштабировано и теперь тестируется на открытом воздухе, в кампусе Федеральной политехнической школы Лозанны. Исследовательская группа установила параболическое зеркало диаметром 7 метров, которое концентрирует солнечное излучение в 1000 раз и управляет устройством. Проводятся первые испытания.

Ученые подсчитали, что их система может работать более 30 000 часов (почти четыре года) без какой-либо замены деталей и до 20 лет, если некоторые детали заменяются каждые четыре года. Их солнечный концентратор поворачивается и следует за Солнцем, чтобы получить больше солнечной энергии. В солнечную погоду, по словам разработчиков, система может генерировать до 1 килограмма водорода в день — этого достаточно, чтобы проехать на водородном автомобиле от 100 до 150 километров.