Искусственные листья производят водородное топливо

Солнечный свет – неисчерпаемый источник энергии, по-настоящему эффективно использовать который умеет пока что только природа (самым ярким тому примером является фотосинтез). И вот недавно исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже впервые смогли приблизиться к созданию потенциально дешевых и практичных искусственных «листьев», позволяющих расщеплять воду на водород и кислород. Для нас это означает ни много ни мало потенциально неисчерпаемый источник легкодоступной энергии.

Новое устройство представляет собой кремниевую пластинку размером с игральную карту, покрытую с обеих сторон слоями двух различных катализаторов. Кремний поглощает солнечный свет и передает энергию катализаторам, которые, в свою очередь, используют ее для расщепления воды на молекулы водорода и кислорода.

Полученный водород – готовое топливо, которое можно либо сжигать, либо использовать в топливных элементах для производства электроэнергии, причем в любом случае на выходе мы снова получаем воду. Таким образом, теоретически устройство сможет стать источником дешевой, чистой и доступной энергии, для которого требуется наличие только лишь  воды и солнца.

Презентация изобретения на заседании Американского химического общества (проходящего два раза в год) произвела неизгладимое впечатление на Роберта Грубса, химика из Калифорнийского технологического института в Пасадене. Отмечая необходимость доработки технологии для придания ей большей практичности он, тем не менее, подчеркивает значимость нового метода, так как «потенциально низкая стоимость может поспособствовать его широкому распространению».

В целом идея использования полупроводника для расщепления воды отнюдь не нова. Более десяти лет назад группа под руководством Джона Тернера из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голдене, Колорадо, создала чип (тонкую пластинку) из арсенида галлия, способный расщеплять воду, сохраняя, в конечном счете, 12% энергии солнечного света в виде водорода. Однако арсенид галлия – довольно дорогой материал, а при длительном контакте с водой устройство ржавеет, становясь непригодным для использования.

Расщепление воды на составные части (водород и кислород) требует одновременного протекания двух химических реакций. Сперва из атомов водорода в воде удаляются электроны. Как результат, молекула воды распадается на положительно заряженные ионы водорода, или протоны, и отрицательно заряженные атомы кислорода. Затем один из катализаторов должен способствовать образованию связи между двумя атомами кислорода для получения О2, в то время как другой катализатор связывает два атома водорода с двумя электронами для создания H2.

Три года назад команда во главе с химиком Дэниелом Носера из Массачусетского технологического института частично решила эту проблему, задействовав в процессе формирования молекул O2 специальный катализатор на основе кобальта и фосфора. Уникальность катализатора заключалась в его способности растворяться и преобразоваться в ходе каталитического цикла. По словам Носера, это оказалось огромным преимуществом. Тем не менее, катализатор устройства, получившего название электролизёр, оказался также подвержен коррозии. Имелись и другие препятствия для использования подобного метода связывания атомов водорода. Для него хорошо подходила платина – опять-таки редкий и дорогой материал.

В 2009м году Носера с коллегами создали компанию Sun Catalytix для извлечения прибыли из производства электролизеров. Осенью компания получила дополнительное финансирование от индийского промышленного гиганта Tata. Получив к тому же $4 млн. долл. США от Управления перспективных научных исследований (ARPA-E), исследователи начали работу над устройством второго поколения.

И вот на днях Носера сообщил о разработке дешевого катализатора, в котором для формирования H2 используются сразу три различных металла, что позволяет обойти проблему с платиной. Состав нового катализатора пока неизвестен, так как работа все еще не опубликована и находится на стадии патентирования.

Со слов Носера стало известно, что три металла имеют различные функции. Первый, как активный ингредиент в препарате, соединяет молекулы Н2. Второй изначально предназначен для удержания двух других металлов в обрабатываемом сплаве. После нанесения сплава на поверхность в результате контакта с водой второй металл растворяется, оставляя два прочих металла внутри пористого материала. Это позволяет увеличить площадь поверхности для протекания реакции H2.

• < Создан экологически чистый наноаккумулятор на основе водородного топлива
• Самый высокий небоскреб США станет солнечной электростанцией >

Комментарии: