Јапански научници развијају нову технологију за претварање сунчеве светлости, воде у водонично гориво

Овај приступ ефикасно комбинује два најстарија извора енергије човечанства и истовремено доприноси борби против климатских промена.

Како потражња за чистијим изворима енергије наставља да расте, водонично гориво се истиче као обећавајућа алтернатива. Истраживачи са Универзитета Шиншу у Јапану постигли су значајан напредак, потенцијално отворивши пут елиминисању природног гаса — фосилног горива — из процеса производње водоника.

Нови реактор

Научници који раде на новом методу креирали су фотокаталитичке листове за реактор са доказом концепта, показујући изводљивост процеса за примене у стварном свету. Ове плоче се лако производе и подржавају производњу водоничног горива великих размера из воде. До данас, реактор је успешно радио три године иу лабораторијским условима и под директним сунчевим зрацима.

„Сцепање воде изазвано сунчевом светлошћу са фотокатализаторима је идеалан приступ за претварање и складиштење сунчеве енергије у хемијску енергију“, рекао је професор Казунари Домен са Универзитета Шиншу, коаутор студије. „Иако недавни напредак у фотокаталитичким материјалима и системима обећава, још увек треба решити значајне изазове.

Фотокатализатори

Фотокатализатори играју кључну улогу у цепању воде на њене компоненте водоника и кисеоника. Када светлост ступи у интеракцију са овим катализаторима, она покреће хемијске реакције које раздвајају водоник и кисеоник. Постоје два главна типа система који се користе за овај процес: системи у једном кораку, који директно раздвајају воду, и системи у два корака, који оптимизују ефикасност одвајањем водоника и кисеоника кроз различите процесе.

Иако је решење у два корака још увек у фази тестирања и још увек није спремно за практичну употребу, истраживачи су направили значајан напредак. Научници су фокусирани на идентификацију најефикаснијих фотокатализатора који балансирају перформансе и одрживост. Они такође истражују начине да се носе са повременом природом сунчеве енергије. Међутим, постизање ефикасности и исплативости које превазилазе процесе пречишћавања природног гаса остаје значајан изазов.

„Очигледно, технологија конверзије соларне енергије не може да функционише ноћу или по лошем времену“, рекао је др Такаши Хисатоми, главни аутор са Универзитета Шиншу. "Међутим, складиштењем сунчеве светлости као хемијске енергије у материјалима за гориво, енергија се може користити у било које време и на било којој локацији."

Узимајући у обзир безбедност водоника

Чување водоничног горива и процес цепања воде представљају значајне безбедносне ризике због запаљивости водоника и потенцијала за експлозивне нуспроизводе као што је кисеоник-водоник. Док процес у два корака избегава стварање оксиводоника, јапански истраживачки тим је развио методу у једном кораку како би смањио опасност од овог нуспроизвода. Овај приступ минимизира безбедносне ризике сагоревањем оксиводоника у затвореном, контролисаном окружењу.

Претварање водоника из воде у комерцијалну стварност

„Наш систем, који користи фотокатализатор који реагује на ултраљубичасто светло, постигао је ефикасност конверзије соларне енергије око један и по пута већу под природном сунчевом светлошћу“, рекао је Хисатоми. „Симулирана стандардна сунчева светлост користи спектар типичан за регионе са нешто вишим географским ширинама.

Ефикасност конверзије соларне енергије могла би бити већа у регионима где природна сунчева светлост садржи више компоненти краткоталасне дужине у поређењу са симулираном референтном сунчевом светлошћу. Међутим, тренутно је ефикасност под симулираном стандардном сунчевом светлошћу највише 1%, а мало је вероватно да ће достићи 5% под природном сунчевом светлошћу.

Побољшање ефикасности фотокатализе и повећање реактора су главни изазови за постизање ефикасности преко 5%. Будући истраживачи ће морати да спроведу додатне експерименте у стварном свету како би решили ова питања. Тим такође наглашава важност стандардизације протокола безбедности и ефикасности, с обзиром на потенцијалне ризике коришћења водоника као извора горива. Они препоручују успостављање тела за акредитацију и спровођење контроле лиценцирања како би се осигурала безбедност и унапредила област.

„Кључни фокус развоја је побољшање ефикасности конверзије соларне у хемијску енергију путем фотокатализатора“, објаснио је Домен. "Ако се ово може побољшати на практичан ниво, многи истраживачи ће се посветити унапређењу технологија масовне производње, процеса одвајања гаса и изградње великих постројења."

„Ово ће такође променити колико људи, укључујући креаторе политике, посматра конверзију соларне енергије и убрзаће развој инфраструктуре, закона и прописа који се односе на соларна горива“, додао је Домен.

Рад „Фотокаталитичко раздвајање воде за велику конверзију и складиштење соларне у хемијску енергију“ појавио се 2. децембра 2024. у Фронтиерс ин Сциенце.