Водневе паливо, при всій його привабливості, занадто дороге у виробництві, щоб стати ефективною альтернативою викопному паливу. Однак вченим з Австралії вдалося виготовити сонячно-водневий елемент для отримання водню з недорогих матеріалів і з рекордним для свого класу ККД.
Висока енергетична щільність водню відкриває дорогу появі «чистої» авіації та може сприяти широкому впровадженню «зеленої» енергетики. Але перш ніж це станеться, слід знайти більш економічно вигідні та чисті методи виробництва водню. Але поки технології, на кшталт парової конверсії, викидають в атмосферу в 12 разів більше вуглекислого газу, ніж дають водню. Відкриття вчених з Австралійського національного університету (ANU) може стати важливим кроком до надефективної чистої енергетики.
Дослідники розробили фотоелектрохімічний сонячно-водневий елемент, який споживає сонячну енергію і воду та виділяє водень в обхід зовнішньої системи електролізу. В цьому випадку, до фотоелектроду був доданий перовськітний фотоелемент. Приєднавши недорогі напівпровідники, вчені виявили, що значно поліпшили ефективність пристрою.
«Енергія, вироблена за допомогою сонця, пропорційна забороненій зоні напівпровідника, - пояснив керівник проєкту доктор Шива Карутурі, провідний науковий співробітник Коледжу інженерних та комп'ютерних наук ANU. - Кремній, найпопулярніший матеріал на нинішньому ринку фотоелементів, може виробляти тільки третину енергії, необхідної для розщеплення води. Якщо ми станемо використовувати напівпровідник із забороненою зоною у два рази більше кремнію, проблема буде вирішена. Однак, є й недоліки. Чим вище заборонена зона, тим нижче у провідника здатність вловлювати сонячне світло. Для того, щоб зруйнувати цю залежність, ми використовуємо два напівпровідники з меншою забороненою зоною в тандемі, що дозволяє не тільки ефективно вловлювати світло, а й виробляє необхідну енергію для отримання водню».
Ключовим мірилом успіху є коефіцієнт перетворення сонячного світла у водень. Мета, встановлена ще 10 років тому Міністерством енергетики США - 25%. У минулому вже вдавалося виготовити елементи з ККД 19%, але в них використовувалися дуже дорогі напівпровідники. А ті, які можна назвати доступними, ще не долали кордон у 10%. Зібрана австралійськими вченими модель з фотоелектродом з кремнію, титану та платини, показала дивовижні 17,6% ККД.
Винахідники впевнені, що можуть підвищити ефективність системи, налаштувавши окремо кожен елемент, а якщо замінити цінні метали на доступніші, вона стане ще дешевше. Кінцева мета вчених - домогтися екологічно чистого виробництва водню за ціною приблизно $2 за кілограм. При такому показнику нова технологія зможе конкурувати з «брудним» воднем, отриманого при спалюванні викопного палива.
«Значне зменшення витрат на виробництво «чистого» водню може бути досягнуто за рахунок використання сонячно-водневої технології, бо вона усуває необхідність в додаткових потужностях та мережевій інфраструктурі, необхідних для виробництва водню за допомогою електролізу. Пропадає необхідність перетворення сонячної енергії з постійного струму на змінний та назад, плюс запобігання втрат при передачі енергії. Пряме перетворення сонячної енергії у водень може різко підвищити загальну ефективність всього процесу», - резюмує доктор Карутурі.
За матеріалами: New Atlas
