Чистое водородное топливо методом искусственного фотосинтеза
Производство водородного топлива через искусственно созданный фотосинтез
Новое устройство искусственного фотосинтеза способно расщипить как пресную, так и солёную воду, до водорода, который затем можно использовать в топливных элементах.
Под электронным микроскопом с увеличением 52,5 к , видны пики нитрида галлия — наноструктуры искусственного фотосинтеза, которые способны разделять молекулы воды на водород и кислород для получения чистого водородного топлива.
Водород — это самое горючее топливо, а его единственный выброс — вода. Но обычные методы производства требуют природного газа или затрат электроэнергии. Новый метод для расщепления воды использует только свет от солнца.
«Если мы сможем напрямую хранить солнечную энергию в качестве химического топлива, как это делает природа через фотосинтез, то мы решим фундаментальную проблему возобновляемой энергии» — сказал Зетиан Ми, профессор электротехники и вычислительной техники ( Мичиганский университет), который ранее возглавлял Университет Макгилла в Монреале.
Факрул Алам Чоудхури (Phqrul Alam Chowdhury), докторант по электротехнике и вычислительной технике в McGill, сказал, что проблема с солнечными батареями заключается в том, что они не могут хранить электроэнергию без батарей: а значит, имеют высокую общую стоимость и ограниченный срок службы.
Устройство изготавливают из тех же широко используемых материалов, что и солнечные элементы и другая электроника, в том числе из кремния и нитрида галлия (часто встречающегося в светодиодах). Новый проект готов, и он нацелен на работу только с солнечным светом и морской водой. Устройство открывает путь для крупномасштабного производства чистого водородного топлива.
Предыдущие прямые солнечные расщепители воды достигли стабильной эффективности более 1%. Ми и его команда достигла эффективности более 3% от солнечной энергии. «Хотя эффективность 3 процента может показаться низкой, но на самом деле, это большой прорыв. Естественный фотосинтез в природе имеет эффективность всего 0,6 процентов».
Зетиан Ми добавляет, что 5-процентная эффективность — это порог для начала коммерциализации, а его команда нацелена на эффективность 20-30 процентов.
Аналогичные исследования проводятся по отдалению углекислого газа, чтобы превращать полученный углерод в углеводороды, такие как метанол. Этот путь исследования потенциально может удалять углекислый газ из атмосферы, как это делают растения.
Устройство описано в исследовании «Система искусственного фотосинтеза фотохимического диода для полностью чистого общего разделения чистой воды с высокой эффективностью», опубликовано в Nature Communications. Это передовой опыт в области электрификации транспорта и хранения энергии. Работа была поддержана Управлением топливных элементов Министерства энергетики США.
________________________________________
Материалы предоставлены Мичиганским университетом
