Хіміки навчилися запасати енергію світла за допомогою іржі та води

0
136

Європейські хіміки створили високоефективний каталізатор розщеплення молекул води, який дозволить запасати до 16% від енергії сонячного світла у вигляді молекул водню за наднизькою ціною в найближчому майбутньому.

“Найдорожчий компонент у нашому пристрої — скляна плита. Ми сподіваємося, що ми зможемо розробити наддешевий каталізатор, який буде поглинати до 10% світла, що вже в найближчі роки. Квадратний метр його поверхні буде обходитися споживачам всього в 80 доларів. При такій ціні наша розробка зможе конкурувати з традиційними методами вилучення водню з води”, — заявив керівник групи хіміків Кевін Сивула (Kevin Sivula) з федеральної Політехнічної школи в Лозанні (Швейцарія).

Сивула і його колеги намагалися вирішити одну з найважливіших завдань сучасної науки — пошук енергетично і економічно ефективних каталізаторів, здатних розщеплювати воду на водень і кисень за допомогою сонячного світла.

Як пояснюють автори статті, всі існуючі пристрої подібного роду або вкрай неефективні, або надмірно дороги. Як правило, дешеві каталізатори здатні поглинати лише 0,5-1% від енергії сонячного світла, а установки з високою ефективністю вимагають більше витрат, ніж окислення метану за допомогою водного пара — основний спосіб отримання водню в промисловості.

Хіміки звернули свою увагу на напівпровідникові методи розщеплення води на водень і кисень. Напівпровідники в таких каталізаторах використовуються в якості світлових “антени”, що вловлюють світло Сонця і використовують його енергію для виробництва електронів, відновлюють водень в молекулах води. Подібні каталізатори відрізняються високою ефективністю, однак їх надвисока вартість заважає промислового застосування подібних пристроїв.

Сивула і його колеги припустили, що конструкцію напівпровідникових каталізаторів можна значно здешевити за допомогою самого дешевого напівпровідника — звичайної іржі (Fe2O3). Автори статті провели кілька дослідів і створили два дешевих каталізатора на основі наночастинок оксидів заліза і вольфраму.

Каталізатор авторів статті досить просто влаштований. Верхній шар складається з наночастинок оксиду заліза або вольфраму, змішаних з мікрогранулами з кремнію. Ця суміш використовують енергію сонячного світла для виробництва електронів, які транспортуються через другий шар — скляну пластину — центр виробництва водню, який представляє собою дешеву сонячну батарею із оксиду титану і світлочутливої фарби.

Коли фотони світла проходять через цей “бутерброд”, вони по черзі взаємодіють з частинками оксидів у верхньому і нижньому шарі, створюючи необхідні електрохімічні умови для розщеплення молекул води. За словами вчених, навіть відносно неефективні прототипи їх каталізатора здатні запасати від 1,4 до 3,6% енергії сонячного світла у вигляді молекул води.

Сивула і його колеги стверджують, що поліпшення якості порошку оксиду та ефективності сонячної батареї дозволить досягти теоретичного максимуму продуктивності для таких пристроїв — 16% від загальної енергії світла. Подібної ефективності буде достатньо для конкуренції з традиційними методами отримання водню з водяної пари і метану, повідомляє РИА-Новости.

Відповісти

Please enter your comment!
Please enter your name here