Водород из воды, ржавчины и солнечного света

Исследователи из Федеральной политехнической школы в Лозанне (École polytechnique fédérale de Lausann, EPFL) разрабатывают технологию, которая сможет трансформировать солнечную энергию в водород, чистое топливо с нейтральным углеродным следом.

        Консервация и удобное хранение энергии полученной от солнечных батарей проблема не менее насущная, чем эффективность фотоэлектрических преобразований. Как обеспечить доступность энергии в любое время дня или ночи?

        Исследователи из Федеральной политехнической школы в Лозанне (École polytechnique fédérale de Lausann, EPFL) разрабатывают технологию, которая сможет трансформировать солнечную энергию в водород, чистое топливо с нейтральным углеродным следом.

        Ингредиенты процесса самые простые и распространенные, вода и оксид железа, или по-простому – ржавчина. Кевин Сивула (Kevin Sivula) вместе с коллегами намеренно ограничились недорогими и распространенными, легко восстанавливаемыми материалами, чтобы получить жизнеспособный и недорогой метод производства солнечного водорода. Их устройство еще в экспериментальной стадии, но о нем уже написал журнал Nature Photonics.

      «Самый дорогой материал в нашей установке – стеклянная пластина», - объясняет Сивула. Эффективность устройства пока еще остается низкой, от 1,4 до 3,6%. Но у технологии большой потенциал. «С нашей дешевой концепцией на основе оксида железа мы надеемся достичь эффективности 10% в течение нескольких лет при стоимости менее $80 за один квадратный метр [рабочей поверхности устройства]. При такой цене мы сможет конкурировать с традиционными методами производства водорода».

        Сама идея не нова. Над ней работают различные ученые уже более 40 лет. В полностью автономном устройстве, состоящем из двух слоев, электроны, выделяемые оксидным полупроводником под действием солнечного света, используются для разделения молекулы воды на кислород и водород. Водород извлекается при помощи ячеек с сенсибилизированным красителем.

        Полупроводник в данном случае – обычная ржавчина. «Это стабильный и распространенный материал, он уже не будет ржаветь дальше! Но это один из худших доступных полупроводников», - признает Сивула. Чтобы улучшить свойства материала, ученые обогащают его наноструктурированным оксидом кремния и покрывают тонким слоем оксидов алюминия и кобальта.

        Второй слой рабочей поверхности устройства состоит из красителя и диоксида титана. Он позволяет придавать выделенным полупроводником электронам достаточно энергии для извлечения водорода из воды.

        По словам исследователей, своих результатов они смогли добиться благодаря использованию последних достижений в изучении оксида железа и диоксида титана. Теоретический предел эффективности их технологии может составить 16% без существенного увеличения стоимости. Возможно, со временем такие системы смогут значительно увеличить потенциал солнечной энергетики.