Водород из света и отходов: что придумали ученые, чтобы получить в 4 раза больше топлива

Об этом пишет Nature Communications..

Исследование описывает новую фотоэлектрохимическую систему с использованием фурфурола, ценного химиката из отходов сахарного тростника. Инновационный метод использует биомассу, полученную из отходов сахарного тростника, и кремниевые фотоэлектроды для производства H2 исключительно с использованием солнечного света, достигая производительности в четыре раза выше контрольного показателя коммерциализации, установленного Министерством энергетики США (DOE).

Метод производства водорода из сахарного тростника

Водород (H2) считается топливом следующего поколения, поскольку он сгорает, не производя парниковых газов. Более того, он имеет высокую плотность хранения энергии, которая, по оценкам, в 2,7 раза выше, чем у бензина. Однако большая часть производимого H2 поступает из природного газа, который выделяет большое количество углекислого газа, нагревающего планету.

Чтобы преодолеть эти проблемы, команда ученых создала экологичную фотоэлектрохимическую (ПЭК) систему производства H2, где задействован солнечный свет. На одном медном электроде фурфурол окисляется с образованием водорода. Интересно, что эта реакция также производит фурановую кислоту, ценный побочный продукт. Одновременно вода расщепляется на другом кремниевом фотоэлектроде, генерируя водород. Этот двойной механизм производства является ключом к их невероятной эффективности. Система достигает скорости производства водорода 1,4 ммоль на квадратный сантиметр в час.

Эффективность системы заключается в том, как она управляет энергией. Когда солнечный свет попадает на кремниевый фотоэлектрод, он генерирует электроны. Процесс производства H2 начинается, когда фотоэлектрод поглощает солнечный свет и генерирует электроны. Команда утверждает, что кристаллический кремний идеально подходит для производства большого количества электронов.

Однако есть одна проблема. Генерируемое напряжение обычно низкое, что затрудняет начало производства водорода без внешнего источника питания. Ученые преодолели эту проблему, введя реакцию окисления фурфурола на противоположном электроде. Эта реакция уравновешивает напряжение системы. Они также заключили электрод в защитную никелевую фольгу и стеклянные слои для долгосрочной стабильности системы в электролите. Интересно, что кремниевый фотоэлектрод имеет "погруженную конструкцию", которая естественным образом охлаждает его, что приводит к повышению эффективности всей системы.

Эта новая разработка знаменует собой важный шаг на пути к устойчивой водородной экономике, использующей обильную биомассу и солнечную энергию. Она может приблизить страны к производству более чистого и дешевого водородного топлива.