Для многих исследователей технология дешевого и устойчивого искусственного фотосинтезаявляется Святым Граалем – воссоздание природного способа получения топлива, который использует энергию солнца, при этом работает эффективнее чем все, что человек смог изобрести на текущий момент.
Последний вариант «искусственного листа» близок к тому, чтобы быть полезным в домашних условиях, утверждают ученые из Университета Монаша в Австралии. Используя дешевые, легкодоступные материалы, солнечную энергию и воду, система получает водород с большей эффективностью, чем какая-либо технология прежде. Этот водород может быть использован в топливных элементах.
«Мы вовсе не первые, кто ищет решение этой проблемы», говорит Даг Макфарлейн (Doug MacFarlane), профессор химии в Университете Монаша. «Но основой нашей работы является осознание того, что, разделяя две основные функции в устройстве – как можно более эффективный сбор солнечной энергии и использование этой энергии для производства топлива -мы могли бы оптимизировать комбинацию двух этих процессов».
Они взяли супер-эффективные солнечные панели, а затем настроили оборудование для процесса расщепления воды на водород и кислород таким образом, чтобы использовать максимальное напряжение, которое солнечная панель может создать.
В работе, опубликованной журналом Energy & Environmental Science, исследовательская группа объясняет, как их устройство искусственного фотосинтеза использует электрохимический процесс расщепления воды с помощью коммерчески производимых солнечных батарей для выработки водорода и кислорода путем пропускания электрического тока через воду. Этот процесс создает водородное топливо, чистый вид энергии при нулевых выбросах углерода.
Искусственный лист, который совершенно не выглядит как лист, генерирует чистую энергию с помощью искусственного фотосинтеза, показывая 22 процента энергетической эффективности.
Система может обеспечить солнечную энергию для дома, а когда домашние гаджеты уже все заряжены, она переключается на создание водорода.
«Это эффективное решение для хранения энергии», говорит Макфарлейн. «Полученный водород затем можно использовать в топливном элементе для регенерации электричества, поэтому мы просто эффективно храним энергию и регенерируем ее снова».
Она также может быть использована в топливных элементах гибридных автомобилей.
Процесс создания водорода с помощью солнечной энергии, такой как осуществляемый искусственным листом, все-таки зачастую встречается с различными проблемами: некоторые системы не стабильны, а другие требуют дорогих, дефицитных металлов для работы. Но система Макфарлейна использует никель в качестве катализатора - материал, который дешев и весьма доступен.
Технология фактически готова к использованию в домах или на АЗС. «Технические проблемы не являются значительными», говорит Макфарлейн. «Это просто масштабирование, создание прототипа, оптимизация. Проблема состоит в экономической части - другие различные формы энергии довольно дешевы в данный момент. Цена на нефть опустилась до рекордной. Так что этого не произойдет, особенно для транспортных средств, до тех пор, пока стоимость нефти не поднимется снова. Тогда что-либо, вроде этой технологии, станет гораздо более предпочтительным для использования».
Ученый и его команда продолжают работу по улучшению энергоэффективности их искусственного листа, стремясь к рекордным 30 процентам.
