Исследователи из Центра передовых исследований в области энергетики при Университете Северной Каролины в Чапел-Хилле создали систему, которая, как утверждается, способна преобразовывать энергию солнца в водородное топливо.
“Так называемые ‘солнечные топлива, такие как водород, предлагают решение проблемы хранения энергии для использования в ночное время, взяв за основу естественный процесс фотосинтеза”, — сказал ведущий исследователь Том Мейер, заслуженный профессор химии в Колледже искусств и наук УНЦ. “Наши новые открытия могут стать последним важным элементом головоломки, позволяющим найти новый способ хранения солнечной энергии — это может стать переломным моментом на пути к будущему солнечной энергетики”.”
Новая система, получившая название «фотоэлектролизная ячейка, чувствительная к красителю» (DSPEC), разработанная Мейером и его коллегами из УНЦ и группой Грега Парсонса из Государственного университета Северной Каролины, производит водородное топливо, используя энергию солнца для расщепления воды на её составные части. После расщепления водород изолируется и хранится, тогда как кислород, являющийся побочным продуктом, выпускается в атмосферу.
“Однако расщепление воды чрезвычайно сложно осуществить”, — заявил Мейер в своем заявлении. ”Вам нужно отобрать четыре электрона у двух молекул воды, перенести их куда-то ещё и получить водород; а затем, после этого, сохранять водород и кислород разделёнными. Разработка молекул, способных выполнить эту задачу, представляет собой действительно серьёзную проблему, которую мы начали преодолевать”.”
По словам Мейера, его конструкция состоит из двух основных компонентов: молекулы и наночастицы. Молекула, представляющая собой комплекс хромофора и катализатора, поглощает солнечный свет и запускает катализатор, который отбирает электроны у воды. Наночастица, к которой присоединены тысячи таких комплексов хромофора и катализатора, является частью пленки из наночастиц, которая переносит электроны дальше, чтобы получить водород.
По данным УНЦ-Чапел-Хилл, даже при самых лучших попытках система всегда выходила из строя — либо комплекс хромофора и катализатора отрывался от наночастиц, либо электроны не успевали быстро переноситься, чтобы образовать водород.
Чтобы решить обе эти проблемы, Мейер обратился к группе Парсонса в ГУСК, чтобы использовать метод, при котором наночастица покрывается тонким слоем диоксида титана.
Применяя сверхтонкие слои, исследователи обнаружили, что наночастица может переносить электроны гораздо быстрее, чем раньше, и освобождённые электроны становятся доступными для получения водорода. Они также выяснили, как создать защитное покрытие, которое надёжно удерживает комплекс хромофора и катализатора на наночастице, гарантируя, что этот комплекс остаётся на поверхности.
Благодаря потоку электронов через наночастицу и стабильному закреплению связующего материала, новая система Мейера способна превращать энергию солнца в топливо практически без необходимости внешнего источника энергии для работы.
Инфраструктура для установки этих преобразователей солнечного света в топливо уже видна, опираясь на существующие технологии. Следующая цель — применить тот же подход для восстановления углекислого газа до углеродосодержащего топлива, такого как формиат или метанол.
“Если говорить о питании планеты энергией, запасённой в батареях, это просто непрактично”, — сказал Мейер. ”Оказывается, наиболее энергоёмкий способ хранения энергии — это химические связи молекул. И именно это мы и сделали — нашли решение с помощью химии”.”
