Дешевая солнечно-водородная технология

Ученые крупных научных учреждений многих стран продолжают исследования и разработки, с целью удешевления технологии получение водорода. В связи с глобальным потеплением климата нашей планеты, главной причиной которого является сжигание ископаемого топлива, все внимание уделяется альтернативным источникам энергии и наиболее перспективным источником в этом списке стоит водород.

Однако, водородное топливо, при всей его привлекательности, слишком дорого в производстве, чтобы стать эффективной альтернативой ископаемому топливу. Однако ученым из Австралийского национального университета (ANU) удалось изготовить солнечно-водородный элемент для получения водорода из недорогих материалов и с рекордным для своего класса КПД.

Высокая энергетическая плотность водорода открывает дорогу появлению «чистой» авиации и может способствовать широкому внедрению «зеленой» энергетики. Но прежде чем это произойдет, следует найти более экономически выгодные и чистые методы производства водорода. Но пока технологии, вроде паровой конверсии, выбрасывают в атмосферу в 12 раз больше углекислого газа, чем дают водорода. Открытие австралийских ученых может стать важным шагом к сверхэффективной чистой энергетики.

Исследователи разработали фотоэлектрохимической солнечно-водородный элемент, который потребляет солнечную энергию и воду и выделяет водород в обход внешней системы электролиза. В этом случае, к фотоелектроду был добавлен перовськитный фотоэлемент. Присоединив недорогие полупроводники, ученые обнаружили, что значительно улучшили эффективность устройства.

«Энергия, произведенная с помощью солнца, пропорциональна запрещенной зоне (термин из физики твёрдого тела, это зона область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном кристалле, авт.) полупроводника, — пояснил руководитель проекту доктор Шива Карутури, ведущий научный сотрудник Колледжа инженерных и компьютерных наук ANU. — Кремний, самый популярный материал на нынешнем рынке фотоэлементов, может производить только треть энергии, необходимой для расщепления воды. Если мы станем использовать полупроводник с запрещенной зоной в два раза больше кремния, проблема будет решена. Однако, есть и недостатки. Чем выше эта зона, тем ниже у проводника способность улавливать солнечный свет. Для того, чтобы разрушить эту зависимость, мы используем два полупроводники с меньшей запрещенной зоной в тандеме, что позволяет не только эффективно улавливать свет, но и производит необходимую энергию для получения водорода».

Ключевым мерилом успеха является коэффициент преобразования солнечного света в водород. Такая цель была поставлена еще 10 лет назад Министерством энергетики США — 25%. В прошлом уже удавалось изготовить элементы с КПД 19%, но в них использовались очень дорогие полупроводники. А те, которые можно назвать доступными, еще не преодолевали границу в 10%. Собранная австралийскими учеными модель с фотоелектродом из кремния, титана и платины, показала удивительные 17,6% КПД.

Исследователи уверены, что могут повысить эффективность системы, настроив отдельно каждый элемент, а если заменить ценные металлы на более доступные, она станет еще дешевле. Конечная цель ученых — добиться экологически чистого производства водорода по цене примерно $ 2 за килограмм. При таком показателе новая технология сможет конкурировать с «грязным» водородом, получаемого при сжигании ископаемого топлива.

«Значительное уменьшение затрат на производство чистого водорода может быть достигнуто за счет использования солнечно-водородной технологии, потому что она устраняет необходимость в дополнительных мощностях и сетевой инфраструктуре, необходимых для производства водорода с помощью электролиза. Пропадает необходимость преобразования солнечной энергии с постоянного тока на обменный и обратно, плюс предотвращения потерь при передаче энергии. Прямое преобразование солнечной энергии в водород может резко повысить общую эффективность всего процесса», — резюмирует доктор Карутури.

По материалам источника:

Спасибо за ваше внимание.smiley Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару слов своего мнения.