Новое устройство использует солнечную энергию для получения водорода

Когда дело касается возобновляемых источников энергии, правильнее всего говорить о Солнце – ведь именно от него, в конечном итоге, зависят другие источники, такие как ветер и биомасса. Однако солнечные панели конвертируют энергию светила в тепло и электричество – при нынешнем развитии технологий ни один из этих типов энергии нельзя хранить с плотностью, достаточной для транспортировки. Такое ограничение вполне объясняет повышенное внимание, которое уделяется разработке биотоплива и использованию электричества для получения водорода. Однако каждый следующий шаг в цепочке получения энергии добавляет потенциальных проблем и снижает эффективность конвертации.

На фоне этих проблем описанная в последнем выпуске Science система выглядит крайне интересно. Авторы работы продемонстрировали устройство, которое способно использовать солнечную энергию напрямую для расщепления воды и высвобождения из нее кислорода и водорода. Аналогичную операцию система может проводить с двуокисью углерода, превращая ее в окись углерода и кислород. Что еще замечательнее – системе не нужен экзотический катализатор. Она функционирует на основе церия – элемента настолько же распространенного, как и медь.

Структурная часть устройства необычайно проста. Большая его часть представляет собой фокусирующую линзу, направляющую солнечный свет через кварцевое окно в реакционную камеру. Она спроектирована с учетом получения максимального отражения – это необходимо для захвата как можно большего числа фотонов. «Приблизительная поглотительная способность камеры составляет 0,94, что приближается к пределу абсолютно черного тела», – утверждают авторы.

После поглощения фотонов они конвертируются в тепло – температура в камере повышается на 140 градусов Цельсия в минуту, пока не стабилизируется в пределах 1400-1600 градусов. Этого достаточно для инициирования реакции в катализаторе – цилиндре, состоящем из пористого диоксида церия. При такой температуре диоксид церия высвобождает один из двух атомов кислорода. Пропуская поток инертного газа через пористый цилиндр, ученые отметили наличие в нем стабильного потока кислорода.

После того, как поток кислорода иссякнет, устройство охлаждают до 900 градусов Цельсия и накачивают  в камеру реагент (воду). В результате испарения воды катализатор восстанавливается до диоксида церия, параллельно происходит быстрое и простое высвобождение водорода.

Разумеется, у системы есть и недостатки. Необходим стабильный приток инертного газа, а вода и двуокись углерода, подаваемые в камеру, должны быть чистыми – эффективность катализатора значительно снизится, если он «обрастет» примесями. Однако оптимизм внушает тот факт, что ученые разрабатывали систему с оглядкой на легкость ее массового производства и интеграцию в производственные цепочки. Так что работа исследователей может в будущем дать нам эффективный, а главное – применимый в реальных условиях способ получения водорода.