Производство водородного топлива из солнечного света и воды предлагает один из самых многообещающих путей достижения углеродной нейтральности. Однако некоторые подходы к производству «солнечного водорода», такие как фотоэлектрохимическое расщепление воды, демонстрируют низкую производительность и устойчивость к окружающей среде. А другие методы, такие как фотокаталитическое расщепление воды, имеют очень низкую эффективность преобразования солнечной энергии в водород.
Исследователи Мичиганского инженерного университета разработали метод повышения эффективности разделения солнечной воды - процесса, который воспроизводит фотосинтез, используя солнце для отделения водорода от воды. Собирая ранее потерянный инфракрасный свет, исследователи смогли ускорить процесс расщепления «солнечной воды», увеличив количество водорода, которое они смогли собрать.
Это большой прорыв, поскольку он почти в 10 раз эффективнее, чем аналогичные эксперименты по расщеплению воды на солнечной энергии. Исследователи говорят, что их технология поможет значительно снизить стоимость экологически чистого водорода, который привлекателен как в качестве отдельного топлива, так и в качестве компонента устойчивого топлива, изготовленного из переработанного углекислого газа.
Они разработали новый тип солнечной панели с эффективностью 9% при преобразовании воды в водород и кислород. Команде удалось уменьшить размер полупроводника, обычно самой дорогой части устройства, более чем в 100 раз по сравнению с некоторыми полупроводниками, работающими только при низкой интенсивности света. Самовосстанавливающийся полупроводник команды выдерживает концентрированный свет, эквивалентный 160 солнечным лучам.
Результат достигается за счет двух достижений. Во-первых, это способность концентрировать солнечный свет, не разрушая полупроводник, который использует свет. И, во-вторых, использование как высокоэнергетической части солнечного спектра для расщепления воды, так и нижней части спектра для обеспечения тепла, стимулирующего реакцию. Процесс обеспечивается полупроводниковым катализатором, который улучшается при использовании и выдерживает износ, который обычно происходит, когда они используют солнечный свет для запуска химических реакций.
Более высокие температуры ускоряют процесс расщепления воды, а дополнительное тепло также побуждает водород и кислород оставаться порознь, вместо того чтобы возобновлять свои связи и снова образовывать воду. Благодаря этому команда смогла собрать больше водорода.
Катализатор изготовлен из наноструктур нитрида индия-галлия, выращенных на поверхности кремния. Эта полупроводниковая пластина улавливает свет, превращая его в свободные электроны и положительно заряженные дырки, которые остаются, когда свет высвобождает электроны. Наноструктуры усеяны наноразмерными металлическими шариками размером 1/2000 миллиметра и используют электроны и дырки в окружающей среде для управления реакцией.
Чтобы проверить этот метод, они использовали большую линзу для концентрации солнечного света на полупроводнике, погруженном в камеру, полную воды. Температура в камере достигает 75 градусов по Цельсию, достаточно высокой, чтобы стимулировать реакцию, и в то же время достаточно низкой, чтобы полупроводниковый катализатор работал хорошо.
Эксперимент на открытом воздухе, с менее надежным солнечным светом и температурой, достигла 6,1% эффективности преобразования солнечной энергии в водородное топливо . Однако в помещении эффективность системы составила 9,2%.
Команда намерена еще больше повысить эффективность и получить водород сверхвысокой чистоты, который можно будет напрямую подавать в топливные элементы.
Сподобалася стаття! Підтримай проект BuildingTech!
50% коштів іде на закупівлю спорядження для ЗСУ!
Фотозвіт - https://www.facebook.com/BuildingTech1
Дякуємо всім за допомогу!
PrivatBank:
UAH - 4149 4993 7451 0947
USD - 4149 4993 7451 0988
EUR - 4149 4993 7451 1002
